(57)【要約】【課題】          本発明は、圧電部品の基体の封止において、複数もしくは多数の基体の封止を一度に確実に行うことが出来るとともに、生産性を向上させた圧電部品の封止方法を提供することを目的とする。【解決手段】          マトリクス状に配列された複数個の基板領域と捨代領域を有して成るマスター基板を準備する工程Ａと、前記マスター基板の基板領域の表主面に前記圧電振動素子を搭載し、蓋体を載置する工程Ｂと、蓋体側が半導体レーザ照射口に向くようにした固定されたマスター基板に対して、半導体レーザを照射して前記蓋体を加熱し、その熱により接合材を溶融させ、接合させる工程Ｃと、前記マスター基板を各基板領域の外周に沿って切断し、複数個の圧電部品を得る工程Ｄと、を含む圧電部品の製造方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス状に配列された複数個の基板領域と捨代領域を有して成るマスター基板を準備する工程Ａと、
前記マスター基板の基板領域の表主面に前記圧電振動素子を搭載し、蓋体を載置する工程Ｂと、
蓋体側を半導体レーザ照射口に向かせた、固定されたマスター基板に対して半導体レーザを照射して前記蓋体を加熱し、その熱により接合材を溶融させ、接合させる工程Ｃと、
前記マスター基板を各基板領域の外周に沿って切断し、複数個の圧電部品を得る工程Ｄと、を含む圧電部品の製造方法。
【請求項２】
工程Ｃにおける、前記半導体レーザの照射口の口径範囲を１０ｍｍから４０ｍｍにすることを特徴とする請求項１記載の圧電部品の製造方法。
【請求項３】
工程Ｃにおける、前記半導体レーザの焦点径の範囲を直径０．５ｍｍから直径２．０ｍｍとすることにより焦点を調節し、焦点をぼかしたときのビーム径を広げて多数の基板領域に照射することを特徴とする請求項1記載の圧電部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯用通信機器等の電子機器に用いられる圧電振動子や圧電発振器等の圧電部品の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、携帯用通信機器等の電子機器の基準信号を発生させるのに圧電部品が用いられている。かかる従来の圧電部品としては、セラミック材料等から成る基体上にシールリングを取着させるとともに、該シールリングの内側に位置する基体の上面に、圧電振動素子としての水晶振動素子を、その一端側でのみ保持する形で搭載し、更に前記シールリング上に金属製の蓋体を載置・固定することにより水晶振動素子を気密封止した構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
また、これらの封止構造において、基体内に収容した圧電振動素子に特性を変動させるような過度の熱を与えず、しかも表面実装する際のリフロー半田にも十分に耐えられる構造としてシーム溶接による封止構造が挙げられる。従来のシーム溶接は、一面が開口した筺体状基体の開口周囲にタングステンやモリブデンを下地層、Ｎｉメッキ被覆膜などの封止用導体膜を形成し、また、前記シール用導体膜上に４２アロイ、コバールなどのシールリングを銀ロウ付けなどで接合しておく。その後、基体の開口にシールリングと同一の金属材料から成る矩形状蓋体を載置し、仮付けした後、シールリングと矩形状蓋体との接合する４辺に、蓋体側からローラー電極を押圧しながら、通電して回転させ、蓋体とシールリングとの間に大きな電流を印加して溶接するものである。（例えば、特許文献２参照。）
【０００４】
また、封止方法において、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）ろう材で接合するものがあり、カーボン治具に収納したまま、封止炉に入れ真空雰囲気内で加熱する方法が知られている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２―１１１４３５号公報  （第５−６頁、図２）
【特許文献２】特開２０００−２２０１３号公報  （第７頁、３図）
【０００６】
なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を本件出願時までに発見するに至らなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の封止方法であるシーム溶接では、一定以上の溶接面積が必要な為、これ以上小型化することができないという欠点があった。
また、従来の封止方法であるシーム溶接では封止時間がかかるとともに、多数個の圧電部品が形成されたマスター基板での生産に使用することが出来ないという欠点があった。
【０００８】
また、従来のカーボン治具を使用し、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）等にて封止する方法では、個片で実施する場合には、キャリア治具からカーボン治具へ移し変える工程が必要な為、生産性が低下してしまうという欠点があった。また、前記カーボン治具を用いていたために、カーボン治具から塵埃が剥離して収容空間へ侵入するといったおそれがあった。そして、一旦収容空間に入り込んだ切り粉などのゴミは容易には取りきれないという欠点があった。
【０００９】
本発明は、圧電部品の製造方法において、マスター基板の各基板領域の封止を、確実に行うことが出来るとともに生産性を向上させた圧電部品の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の圧電部品の製造方法は、マトリクス状に配列された複数個の基板領域と捨代領域を有して成るマスター基板を準備する工程Ａと、前記マスター基板の基板領域の表主面に前記圧電振動素子を搭載し、蓋体を載置する工程Ｂと、蓋体側を半導体レーザ照射口に向けて、蓋体側を半導体レーザ照射口に向かせた、固定されたマスター基板に対して半導体レーザを照射して前記蓋体を加熱し、その熱により接合材を溶融させ接合させる工程Ｃと、前記マスター基板を各基板領域の外周に沿って切断し、複数個の圧電部品を得る工程Ｄとを含むものである。
【００１１】
更に本発明の圧電部品の製造方法は、前記半導体レーザの照射口の口径範囲を１０ｍｍから４０ｍｍにすることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の圧電部品の製造方法は、工程Ｃにおける、前記半導体レーザの焦点径の範囲を一旦、直径０．５ｍｍから直径２．０ｍｍとし、焦点を調節して、焦点をぼかしたときのビーム径を広げて多数の基板領域に照射することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の圧電部品の製造方法によれば、半導体レーザを照射して前記蓋体を直接加熱する為、電子ビーム等を用いる場合のように溶接幅を確保する必要が無く、レーザ光照射の熱により接合材を溶融させて接合させることにより、封止に要する時間を短縮することが出来るので、その生産性を著しく向上させることが可能と成る。
【００１４】
また、半導体レーザを使用した場合、半導体レーザの出力装置の耐久時間が非常に長く、もとのひとつのレーザ光を分岐して使用することが出来る為に、設備に掛かるコストを著しく削減することが可能と成る。
【００１５】
また、カーボン治具を使用する場合と比較して、圧電振動子の収容空間に塵埃が入る可能性がない為、安定した発振出力をすることが可能と成る。
【００１６】
また、本発明の圧電部品の製造方法によれば、前記半導体レーザの照射口の口径範囲を１０ｍｍから４０ｍｍにすることにより、基体ならびに蓋体に傷を付けることなく著しく安定して封止を実施することが可能と成る。
【００１７】
また、本発明の圧電部品の製造方法によれば、工程Ｃにおける、前記半導体レーザの焦点径の範囲を直径０．５ｍｍから直径２．０ｍｍとすることにより、焦点を調整し、ビーム径を広げて多数の基板領域に照射することで、一括的に複数個の圧電部品の気密封止をすることが出来るので、生産性を著しく向上させることが可能と成る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に図面を参照しながら本発明の実施の一形態について説明する。なお、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。
【００１９】
図１は、本発明の圧電部品の製造方法の実施の形態を示しており、図２は、多数個の水晶振動子が形成されたマスター基板を個割りし、そのひとつの水晶振動子を斜め上方からみた概略の分解斜視図であり、図３は図２の水晶振動子の側面方向からみた概略の断面図である。これらの図において、圧電部品は水晶振動子を構成したものを示しており、水晶振動子は、基体１内に水晶振動素子５を収容している。
【００２０】
前記基体１は、例えば、アルミナセラミックス、ガラス−セラミック等のセラミック材料から成る絶縁層を複数層、積層することによって形成されており、その上面には、中央域に矩形状に開口する凹部７が、周辺域に凹部７の開口部を囲繞する環状の導体パターン４が形成され、下面には入力端子、出力端子及びグランド端子を含む複数個の外部端子３が設けられている。前記基体１は、その上面に開口する凹部７の内部に水晶振動素子５を収容するためのものであり、凹部７の底面には水晶振動素子５の励振電極と電気的に接続される一対の接続パッドが被着・形成されている。前記一対の接続パッドは、その上面側で水晶振動素子５の励振電極に導電性接着材８を介して電気的に接続され、下面側で基体内部の配線導体やビアホール導体等を介して入出力端子（入力端子・出力端子）に電気的に接続される。
【００２１】
また、前記基体上面の導体パターン４は、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等から成る基層の表面にニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層を順次被着させることによって１０μｍ〜２５μｍの厚みに形成されており、その内周部は凹部７の内壁面に、外周部は基体１の外側面にそれぞれ延在されている。前記導体パターン４は、後述する蓋体２を接合材６を介して基体１の上面に接合させるためのものであり、かかる導体パターン４を、上述したように、タングステンもしくはモリブデンから成る基層の表面にＮｉ層及びＡｕ層を順次被着させた構成としておくことにより、導体パターン４に対する接合材６の濡れ性を良好とし、水晶振動子の信頼性及び生産性を著しく向上させることが出来る。
【００２２】
また、前記基体１の内部には、上端を基体１の上面に、下端を基体１の下面に導出させたビア導体（図示せず）が埋設されており、基体１の上面に被着させた導体パターン４を接合材６を介して蓋体２に接合することによって蓋体２がビア導体を介して基体下面のグランド端子と電気的に接続される。このように、金属から成る蓋体２をグランド端子と電気的に接続させておくことにより、水晶振動子の使用時、蓋体２がグランド電位に保持されるように成るため、蓋体２のシールド作用によって、水晶振動素子５を外部からの不要な電気的作用より良好に保護することが出来る。このようなグランド端子を含む基体下面の外部端子３は、水晶振動子をマザーボード等の外部配線基板上に搭載する際、外部配線基板の配線と半田等の導電性接着材を介して電気的に接続するための端子として機能する。
【００２３】
なお、上述した基体１は、アルミナセラミックスから成る場合、所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートの表面に外部端子３や接続パッド９，導体パターン４等と成る導体ペーストを、また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ビア導体と成る導体ペーストを、従来周知のスクリーン印刷等によって塗布するとともに、これを複数枚積層してプレス成形した後、高温で焼成することにより製作される。
【００２４】
一方、前記基体１の凹部７内に収容される水晶振動素子５は、所定の結晶軸でカットした、厚み３０μｍ〜１６０μｍの水晶片の両主面に一対の励振電極を被着・形成して成り、外部からの変動電圧が一対の励振電極を介して水晶片に印加されると、所定の周波数で厚みすべり振動を起こすようになっている。このような水晶振動素子５は、その両主面に被着されている励振電極と凹部底面の対応する接続パッド９とを導電性接着材８を介して電気的・機械的に接続することによって基体１の凹部底面に搭載される。
【００２５】
また、前記基体１上に配置される蓋体２は、４２アロイ等から成る金属板の下面に、その外周に沿ってニッケル（Ｎｉ）層を環状に被着させてなり、かかるＮｉ層を接合材６を介して基体上面の導体パターン４に接合させることによって基体１の上面に取着され、これにより凹部７の開口部が塞がれて水晶振動素子５の収納領域が気密封止され、同時に、蓋体２が先に述べたビア導体等を介して基体下面のグランド端子に電気的に接続される。
【００２６】
次に上述した圧電部品の製造方法について図１を用いて説明する。
ここで、図１の（ａ）〜（ｃ）は本発明の製造方法を説明するための、それぞれ、多数個の水晶振動子が形成されたマスター基板を斜め上方からみた斜視図である。
（工程Ａ）  前記マスター基板１０は、図１（ａ）に示すように、例えば、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料から成る矩形状の平板状基板が２層積層され、さらにセラミック材料から成るマトリクス状、即ち、縦ｍ列×横ｎ行の行列状に配置された多数の矩形状の孔を有する基板を積層して形成されており、マトリクス状に配置された前記孔を中心に有する個々の基板領域には、上面側に凹部底面の一対の接続パッド９と開口周縁を囲む接合用の導体パターン４が被着・形成され、下面側には入出力端子やグランド端子等の外部端子３が被着・形成されている。また、マトリクス状に配された基板領域の間には所定の捨代領域が設けられている。このようなマスター基板１０は、例えば、アルミナセラミックス等から成るセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートの表面等に９や外部端子３、導体パターン４等と成る導体ペーストを所定パターンに印刷・塗布するとともに、これを複数枚積層してプレス成形した後、高温で焼成することによって製作される。
【００２７】
（工程Ｂ）  前記マスター基板１０は、矩形状の基板領域を相互に隣接させて複数個ずつ配置させて成り、その一主面側には、水晶振動素子５を搭載する。水晶振動素子５は、所定の結晶軸でカットした水晶片の両主面に一対の励振電極を被着・形成して成り、外部からの変動電圧が一対の励振電極を介して水晶片に印加されると、所定の周波数で厚みすべり振動を起こす。また、マスター基板１０の各基板領域の凹部底面には水晶振動素子５が1個ずつ搭載され、水晶振動素子５の励振電極とマスター基板上面の接続パッド９とが導電性接着剤８を介して電気的・機械的に接続される。
【００２８】
次に水晶振動素子５が搭載されている基板領域の上面に形成された導体パターン４に蓋体２が載置される。なお、蓋体２は、従来周知の金属加工法を採用し、４２アロイ等の金属を所定形状に成形することによって製作される。前記蓋体２の上面には、ニッケル（Ｎｉ）層が形成され、更にニッケル（Ｎｉ）層の上面に、接合材であるクラッド化された金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層が形成される。クラッド化された金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層の厚みは、１０μｍ〜３０μｍである。例えば、成分比率が、金が８０％、錫が２０％のものが使用されている。
【００２９】
（工程Ｃ）  前記マスター基板１０を真空部へ搬送し、空気を吸い出すことにより真空状態にする。次に、図１（ｂ）が示すように、蓋体側が半導体レーザ装置の射出口に向くようにしたマスター基板１０に対して、半導体レーザ装置によるレーザ光を照射して前記蓋体２を加熱し、その熱により接合材６を溶融させ、接合させる。半導体レーザ装置は、図４の概念図に示されるように、半導体レーザ装置のレーザ駆動用電源、半導体レーザ、光ファイバ、シャッタ、集光レンズで構成されており、前記集光レンズは、光ファイバの出射光を再集光し、レーザ光を集光させるものである。入力された出力電流値、またはレーザ出力パワー値に応じて制御装置によっての出力電流を制御し、半導体レーザ素子の入力電流を変化させることにより、所望のレーザ出力値を得る。前記半導体レーザ装置を用いたレーザ光にて、前記接合材６を溶融させることによって、前記蓋体２を前記マスター基板１０の基板領域に封止を行う。このとき、レーザ光の集光レンズを調整し、レーザ光をぼかすことによりマスター基板１０の基板領域を複数個同時に封止することが出来る。実際には焦点をぼかしたときのビーム径を製品長辺長さの１．２倍から３倍に調整し、多数の基板領域に照射して、マスター基板１０の基板領域を複数個同時に封止することが出来る。前記半導体レーザの出力範囲を１０Ｗから３０Ｗにすることにより、基体並びに蓋体に傷を付けることなく安定して封止を実施することが可能と成る。また、前記半導体レーザの照射口の口径範囲を１０ｍｍから４０ｍｍにすることにより、基体並びに蓋体に傷を付けることなく安定して封止を実施することが可能と成る。また、前記半導体レーザの焦点径の範囲を直径０．５ｍｍから直径２．０ｍｍとすることにより、焦点をぼかし、多数の基板領域に照射することにより、一括的に複数個の圧電部品の気密封止をすることが出来るので、生産性を向上させることが可能と成る。また、前記マスター基板１０を１００℃から２５０℃で加熱しながら、封止を行うことにより、封止材より発生するガスを外に逃がすことにより、ボイドの発生のおそれを減少させることが可能と成る。このように、上記マスター基板１０を使用して封止を行うことにより、この実施形態では、半導体レーザ装置を使用し、レーザ光をぼかすことにより、有効加熱範囲を広げることができ、マスター基板１０を蓋体２から同時に加熱して、バッジ処理により封止することが出来る。
【００３０】
（工程Ｄ）そして最後に、図１の（ｃ）に示す如く、前記マスター基板１０を各基板領域の外周に沿って切断することにより、各基板領域を個々の圧電部品に分割する。前記マスター基板１０の切断はダイサーを用いたダイシング等によって行なわれ、かかる切断工程を経てマスター基板１０を個々の基板領域毎に分割することにより、それぞれの個々の圧電部品を得ることが出来る。なお、このように本発明の圧電部品の製造方法を用いることで、マスター基板１０には多数の基板領域が形成されている為に、ひとつひとつの個片ごとに蓋体２を基体１に封止する場合よりも、多数の個片が形成された先の基板領域に一度にレーザー光を照射して蓋体２を加熱し、その熱により接合材６を溶融させ、接合させることが出来、個片で蓋体２を基体１に封止するよりも、著しく本発明の圧電部品の製造方法の生産性が高いことは言うまでも無い。
【００３１】
なお、本発明は上述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。
【００３２】
また、上述した本発明の実施形態においては、圧電部品として表面実装型の水晶振動子を例にとって説明したが、これに代えて、弾性表面波（ＳＡＷ）フィルタや圧電発振器といった他の圧電部品に用いる場合においても本発明は適用が可能であり、これらの場合においても本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでも無い。
【００３３】
また、上述した実施形態においては、マスター基板１０を用いて説明したが、個片状態である基体１を詰めたキャリア治具を用いて製造しても構わず、この場合においても本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでも無い。
【００３４】
また、上述した実施形態においては、蓋体２に接合材６を形成していたが、マスター基板１０の基板領域に形成しても構わず、この場合においても本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでも無い。
【００３５】
また、上述した実施形態においては、マスター基板１０が平板状であり、前記蓋体２の側壁が外側に折り曲げられており、該折り曲げ部にわたって蓋体２と水晶振動素子２の搭載面とが接合されているので、蓋体２と水晶振動素子５の搭載面との接合部の面積が増加し、蓋体２と水晶振動素子５の搭載面との接合強度が向上すると共に、気密性も向上するといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の圧電部品の製造方法を用いて、マスター基板に形成された圧電部品である多数の水晶振動子を封止する様子を示す、水晶振動子をその斜め上面方向からみた外観斜視図である。
【図２】本発明の圧電部品の製造方法を用いた圧電部品の水晶振動子を、その斜め上面方向からみた概略の分解斜視図である。
【図３】本発明の圧電部品の製造方法を用いた圧電部品の水晶振動子の側面の長辺方向からみた概略の断面図である。
【図４】本発明の圧電部品の製造方法で用いる半導体レーザの光線の経路を示す概念図である。
【符号の説明】
【００３７】
１・・・基体
２・・・蓋体
３・・・外部端子
４・・・導体パターン
５・・・水晶振動素子（圧電振動素子）
６・・・接合材
７・・・凹部
８・・・導電性接着材
９・・・接続パッド
１０・・マスター基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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