(57)【要約】【課題】  本発明は上述の欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、所望の発振周波数を得ると共に組み立て工程を簡略化して生産性を向上させることができる圧電デバイス並びにその製造方法を提供することにある。【解決手段】  本発明の圧電デバイスは、矩形状の容器体の内部空間に圧電振動素子が搭載されており、該容器体の側壁頂部には該容器体の開口部を覆う矩形状の蓋体が配置されており、該蓋体と該側壁頂部に設けた導体パターンとを固着し、該容器体内の圧電振動素子を気密封止している圧電振動子において、前記容器体が低温焼成基板にて形成し、前記容器体に形成されている圧電振動素子を搭載する為の搭載パッドが低抵抗金属であることを特徴とするものである。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形状の容器体の内部空間に圧電振動素子が搭載されており、該容器体の側壁頂部には該容器体の開口部を覆う矩形状の蓋体が配置されており、該蓋体と該側壁頂部に設けた導体パターンとを固着し、該容器体内の圧電振動素子を気密封止している圧電振動子において、前記容器体が低温焼成基板にて形成し、前記容器体に形成されている圧電振動素子を搭載する為の搭載パッドが低抵抗金属であることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記容器体の側壁頂部に設けられている前記導体パターンが低抵抗金属であることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記蓋体と前記導体パターン間にＡｇ−Ｓｎの接合材が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項２記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記蓋体と前記導体パターン間にＡｕ−Ａｇ−Ｓｎの接合材が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項２記載の圧電デバイス。
【請求項５】
マトリクス状に配列された複数個の基板領域を有し、低温焼成基板であるマスター基板を準備し、該マスター基板の各基板領域に圧電振動素子を搭載する工程Ａと、
前記基板領域と１対１に対応する蓋体を、前記圧電振動素子が封止されるようにして前記マスター基板上に載置・接合する工程Ｂと、
前記マスター基板を各基板領域の外周に沿って一括的に切断することにより複数個の圧電デバイスを同時に得る工程Ｃと、を含む圧電デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯用通信機器や電子計算機等の電子機器に用いられる水晶振動子等の圧電振動子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、携帯用通信機器や電子計算機等の電子機器に水晶振動子が用いられている。
かかる従来の水晶振動子としては、例えば図４に示す如く、一対の接続パッドが設けられている絶縁基体２１の上面に、前記接続パッドに導電性接着材を介して電気的に接続される一対の振動電極を有した水晶振動素子２２と、該水晶振動素子２２を囲繞するシールリング２３とを取着させるとともに、前記シールリング２３の上部に金属製の蓋体２４をシーム溶接等で接合することにより水晶振動素子２５の搭載領域を気密封止した構造のものが知られており（例えば、特許文献１参照。）、かかる水晶振動子は、絶縁基体２１の下面に設けられる入出力端子を介して水晶振動素子２２の振動電極間に外部からの変動電圧が印加されると、水晶振動素子２２の特性に応じた所定の周波数で厚みすべり振動を起こすようになっており、その共振周波数に基づいて外部の発振回路で所定周波数の基準信号が発振・出力される。このような基準信号は携帯用通信機器等の電子機器におけるクロック信号として利用されることとなる。
【０００３】
また、上述した水晶振動子の絶縁基体２１は、複数個の絶縁基体２１を切り出すことができる大型のマスター基板を分割して個片を得る多数個取りの手法によって形成されるようになっており、得られた個片（絶縁基体２１）に水晶振動素子２２とシールリング２３とを取着させた上、シールリング２３の上部に蓋体２４を接合することによって水晶振動子が製作される。
【０００４】
また、上述した水晶振動子の絶縁基体２１は、前記絶縁基体上面の導体パターン２５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いる。
【０００５】
蓋体２４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２４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。
【０００６】
次に、絶縁基体２１に蓋体２４を搭載し、加熱することにより、接合材が溶融され、気密封止される方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。
尚、上述した水晶振動子の蓋体２４も、絶縁基体２１と同様に、複数個の蓋体２４を切り出すことができる大型の金属板を分割して得るのが一般的であり、水晶振動子の使用時、この蓋体２４をグランド電位に保持しておくことにより外部からのノイズが遮蔽される。このような蓋体２４は、シールリング２３や絶縁基体２１の導体パターンを介して絶縁基体２１下面のグランド端子に電気的に接続される。
【０００７】
前述のような水晶振動子等を含む圧電デバイスについては、以下のような文献が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−２７４６４９号公報
【特許文献２】特開２００４−１０３６２６号公報
【０００８】
尚、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到らなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した圧電デバイスは、絶縁基体の前記導体パターンは、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）の表面にニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）のメッキをなされたものであり、蓋体を接続する際に、メッキ面からガスが発生し、該ガスが水晶振動素子に被着することにより、振動特性が阻害され、所望の発振周波数が得られないという欠点を有していた。
【００１０】
また、前記ガスを発生させるために、絶縁基体を熱処理しておく必要があり、工程が１つ多く必要な為、生産性が低下してしまうという欠点があった。
【００１１】
上述した従来の圧電デバイスの製造方法においては、その組み立てに先立って、大型のマスター基板を分割することにより絶縁基体を、また大型の金属板を分割することにより蓋体を得ておく必要があり、この２種類の部材をそれぞれ別個の分割工程で得るようにしていたことから、水晶振動子の組み立て工程が煩雑なものとなり、生産性の向上に供しないという欠点を有していた。
【００１２】
また上述したように、絶縁基体と蓋体とを事前に準備してから水晶振動子を組み立てる場合、複数個の絶縁基体を個々にキャリアに保持させるための作業が必要となり、またキャリアに保持させた個々の絶縁基体上には更に蓋体を個々に位置合わせをして取り付けなければならず、これによっても水晶振動子の組み立て工程が煩雑なものとなる欠点を有していた。
【００１３】
本発明は上述の欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、所望の発振周波数を得ると共に組み立て工程を簡略化して生産性を向上させることができる圧電振動子並びにその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の圧電デバイスは、矩形状の容器体の内部空間に圧電振動素子が搭載されており、該容器体の側壁頂部には該絶縁性容器の開口部を覆う矩形状の蓋体が配置されており、該蓋体と該側壁頂部に設けた導体パターンとを固着し、該容器体内の圧電振動素子を気密封止している圧電デバイスにおいて、前記容器体が低温焼成基板にて形成し、前記容器体に形成されている圧電振動素子を搭載する為の搭載パッドが低抵抗金属であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の圧電デバイスは、前記容器体の側壁頂部に設けられている導体パターンが低抵抗金属であることを特徴とするものである。
【００１６】
更に、本発明の圧電デバイスは、前記蓋体と前記導体パターン間にＡｇ−Ｓｎの共晶接合材が形成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
また更に、本発明の圧電デバイスは、前記蓋体と前記導体パターン間にＡｕ−Ａｇ−Ｓｎの共晶接合材が形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
更に、本発明の圧電デバイスの製造方法は、マトリクス状に配列された複数個の基板領域を有し、低温焼成方法により作成されたマスター基板を準備し、該マスター基板の各基板領域に圧電振動素子を搭載する工程Ａと、前記基板領域と１対１に対応する蓋体を、前記圧電振動素子が封止されるようにして前記マスター基板上に載置・接合する工程Ｂと、前記マスター基板を各基板領域の外周に沿って一括的に切断することにより複数個の圧電振動子を同時に得る工程Ｃと、を含むものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の圧電デバイスによれば、前記容器体を低温焼成基板にて形成し、前記容器体に形成されている圧電振動素子を搭載する為の搭載パッドが低抵抗金属であることにより、圧電振動素子を前記搭載パッドに接続させる為の導電性接着材との相性が非常に良いため、落下特性を向上させることが可能である。
【００２０】
また、本発明の圧電デバイスによれば、前記容器体の側壁頂部に設けられている導体パターンが低抵抗金属であることにより、蓋体を接続する際に、導体パターン面からガスが発生しない為に所望の発振周波数を得ることが可能となる。
【００２１】
また、前記ガスを発生させるために、前記容器体を熱処理しておく必要がなく、工程を増やす必要がない為、生産性を向上させることが可能となる。
【００２２】
更に、本発明の圧電デバイスによれば、前記蓋体と前記導体パターン間にＡｇ−Ｓｎの共晶接合材が形成されていることことによって、前記導体パターンと蓋体間の接続強度が向上させることが可能となる。
【００２３】
また更に本発明の圧電デバイスによれば、また更に、本発明の圧電デバイスは、前記蓋体と前記導体パターン間にＡｕ−Ａｇ−Ｓｎの３金属の共晶接合材が形成されていることにより、前記導体パターンと蓋体間の接続強度が向上させることが可能となる。
【００２４】
更に本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、まず各基板領域に圧電振動素子が搭載されたマスター基板と該マスター基板の基板領域と１対１に対応する複数個の蓋体とを準備し、この蓋体を圧電振動素子が封止されるようにして前記マスター基板上に載置・接合し、しかる後、前記マスター基板を各基板領域の外周に沿って一括的に切断することにより複数個の圧電振動子を同時に得るようにしたことから、電子装置の組み立てに先立って、基板を予め個片に分割しておく必要はなく、一括的な分割によって基板を切断することができる。
【００２５】
しかもこの場合、電子装置の組み立てに際して、マスター基板そのものがキャリアとして機能するようになっていることから、マスター基板より分割した個片を個々にキャリアに保持させたり、或いは、各個片に蓋体を個々に取り付けるといった煩雑な作業は一切不要となる。
【００２６】
更にまた本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、前記マスター基板が低温焼成基板であることにより、電解メッキではなく無電解メッキを使用することが可能な為、配線を引き回す必要がない共に、マスター基板の状態で個片の特性を測定することが可能となる。
【００２７】
また更に、本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、ダイシング工程において、低温焼成基板を使用することによってダイシングし易い為、ダイシング速度を速めることができることにより生産性を向上させることが可能となる。
これにより、圧電デバイスの組み立て工程が大幅に簡素化されるようになり、圧電デバイスの生産性向上に供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の製造方法を水晶振動子の製造に適用した場合に得られる水晶振動子の断面図であり、同図に示す水晶振動子は、大略的に、容器体１と、圧電振動素子としての水晶振動素子２と、蓋体３とで構成されている。
【００２９】
容器体１は、例えば、ガラス−セラミック材料によって上部に開口するキャビティ部４を有するように形成されており、その上面側には、キャビティ部底面の一対の搭載パッド５とキャビティ開口周縁を囲む接合用の導体パターン６とが設けられており、また下面側には入力端子、出力端子、グランド端子等の外部端子７が設けられている。
前記容器体１は、低温焼成基板であり、絶縁層は、ガラス成分、あるいはガラス成分とセラミックフィラー成分によって構成され、前記接合用の導体パターン６並びに搭載パッド５は、Ｃｕ、Ａｇ等の金属成分により形成されている。
【００３０】
かかる容器体１のキャビティ部底面に設けられている一対の搭載パッド５は、その上面側で後述する水晶振動素子２の振動電極に導電性接着材８を介して電気的に接続され、下面側で容器体１上の導体パターン６や容器体内部のビア導体等を介して容器体下面の入出力端子（入力端子、出力端子）に電気的に接続される。
一方、前記導体パターン６は、その上面側で後述する蓋体３に接合材９を介して電気的に接続され、下面側で容器体内部のビア導体等を介して容器体下面のグランド端子に電気的に接続される。
尚、上述した外部端子７は、水晶振動子をマザーボード等の外部電気回路に搭載する際、外部電気回路の回路配線と半田等の導電性接合材を介して電気的に接続されるようになっている。
【００３１】
また、上述した容器体１のキャビティ部底面には水晶振動素子２が搭載される。
水晶振動素子２は、所定の結晶軸でカットした水晶片の両主面に一対の振動電極を被着・形成してなり、外部からの変動電圧が一対の振動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。
このような水晶振動素子２は、その両主面に被着されている振動電極と容器体上面の対応する搭載パッド５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容器体１のキャビティ部底面に搭載される。
【００３２】
前記導電性接着材８は、シリコン樹脂やポリイミド樹脂等から成る樹脂材料中に銀（Ａｇ）等から成る導電性粒子を所定量、添加・混合してなるものである。
このように、前記容器体１に形成されている水晶振動素子２を搭載する為の搭載パッド５が銀（Ａｇ）等の低抵抗金属であることにより、水晶振動素子２を前記搭載パッド５に接続させる為の導電性接着材８も上記記載のように銀（Ａｇ）等の導電性粒子を用いている為、搭載パッド５と導電性接着材８の材質が同様の為、接続強度が上がり、落下特性を向上させることが可能である。
【００３３】
そして更に、前記容器体１のキャビティ部４の開口周縁には、蓋体３が取着されている。蓋体３としては、４２アロイやコバール，リン青銅等を用いれば良く、その下端部をＡｕ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｓｎ等の接合材９を介して導体パターン６にロウ付けし、蓋体３の外周部に沿って容器体１の上面に環状に接合することによって容器体１の上面に取着されている。
【００３４】
前記容器体の側壁頂部に設けられている導体パターン６が銀（Ａｇ）等の低抵抗金属で形成されていることにより、前記蓋体３を接続する際に熱処理しても、導体パターン６面からガス成分が発生しない。
このことにより、前記水晶振動素子にガス成分が付着することがなく、所望の発振周波数を得ることが可能となる。
【００３５】
また、銀（Ａｇ）等の低抵抗金属で導体パターンを形成しておくと、接合前に前記ガスを発生させるために、前記容器体を熱処理しておく必要がなく、工程を増やす必要がない為、生産性を向上させることが可能となる。更に、銀（Ａｇ）等の低抵抗金属で導体パターンを形成しておくと、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｓｎ等の接合材９と導体パターンが接合されることにより、Ａｕ−Ａｇ−Ｓｎの３金属合金若しくは、Ａｇ−Ｓｎの合金が形成されることにより、接続強度を向上させることが可能となる。また、Ａｇ−Ｓｎを使用すると接合温度が低く、水晶振動素子等に与える影響を最小限にすることが可能となる。
【００３６】
蓋体３は、容器体１とで囲まれる領域に水晶振動素子２を収容して気密封止するためのものであり、また先に述べた導体パターン６を介して容器体下面のグランド端子に電気的に接続される。よって、水晶振動子の使用時、蓋体３はグランド電位に保持されることとなり、水晶振動素子２が蓋体３のシールド効果によって外部からの不要な電気的作用、例えばノイズ等から良好に保護される。
【００３７】
かくして上述した水晶振動子は、容器体１の下面に設けられる入出力端子を介して水晶振動素子２の振動電極間に外部からの電圧を印加し、水晶振動素子２の特性に応じた所定の周波数で厚みすべり振動を起こさせることによって水晶振動子として機能し、かかる水晶振動子の共振周波数に基づいて外部の発振回路で所定周波数の基準信号が発振出力される。そして、このような基準信号は携帯用通信機器等の電子機器におけるクロック信号として利用されることとなる。
【００３８】
次に上述した水晶振動子の製造方法について図２を用いて説明する。
（工程Ａ）
まず、図３（ａ）に示す如く、マトリクス状に配列された複数個の基板領域を有する低温焼成基板（ＬＴＣＣ基板）であるマスター基板１０を準備し、マスター基板１０の各基板領域に水晶振動素子２を搭載する。
【００３９】
前記マスター基板１０は、例えば、ガラス−セラミック材料からな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なるマトリクス状、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、上面側にキャビティ部底面の一対の搭載パッドと側壁頂部に開口周縁を囲む接合用の導体パターン６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７が被着・形成されている。
このようなマスター基板１０は、低温焼成基板であり、絶縁層は、ガラス成分、あるいはガラス成分とセラミックフィラー成分によって構成される。
【００４０】
前記のような構成成分を混合して低温焼成セラミック組成物を調整し、その混合物に有機バインダーなどを加えた後、ドクターブレード法、圧延法、プレス法などにより所望する厚さのシート状に成形し切断することにより、グリーンシートを作製する。次に前記グリーンシートにレーザーやマイクロドリル、パンチングなどにより貫通孔を形成し、その内部に導体ペーストを充填してビアホール導体を形成する。導体ペースト中には、Ｃｕ、Ａｇ等の金属成分と、それ以外にアクリル樹脂などからなる有機バインダー、トルエン、イソプロピルアルコール、アセトンなどの有機溶剤とを混合して形成される。
【００４１】
なお、この導体ペースト中には若干のガラス成分等を添加してもよい。配線回路層として、適当な金属粉末にこれも有機バインダー、溶剤、可塑剤を添加混合して得た導体ペーストを前記グリーンシートの一方主面上あるいは両面に周知の印刷法を用いて所定のパターンを印刷する。場合によっては、この配線回路層を金属箔により形成することも可能である。
【００４２】
その後、同様にして得られた複数のグリーンシートを積層圧着して積層体を形成する。次に、平面方向の収縮を抑制するため、グリーンシートを積層した低温焼成セラミック積層体の焼成温度で難焼結性のセラミック材料を主成分とする拘束シートを、前記低温焼成セラミック積層体の両面に加圧積層して積層体を作製する。また、前記グリーンシートをパンチング等で打ち抜くことによって孔を形成し、前記グリーンシートを積層することにより、キャビティ部４を形成する。
【００４３】
焼成工程においては、成形のために配合したバインダー成分を除去するが、バインダー除去は、配線回路層を形成する金属として、例えば、銅を用いる場合には、１００〜８００℃の水蒸気を含有する窒素雰囲気中で行われる。
最後に、基板表面の電極保護あるいは半田濡れ性向上を図るためのＡｕめっきを施すことにより、低温焼成基板によるマスター基板１０を形成する。
また、得られたマスター基板１０の各基板領域のキャビティ部底面には水晶振動素子２が1個ずつ搭載され、水晶振動素子２の振動電極とマスター基板上面の搭載パッド２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。
尚、実施形態においては、マトリクス状に配された基板領域の間に所定の捨代領域を設けても構わない。
【００４４】
（工程Ｂ）
次に、図３（ｂ）に示す如く、マスター基板１０の基板領域と１対１に対応する複数個の蓋体３を、水晶振動素子２が封止されるようにしてマスター基板１０上に載置接合する。
前記蓋体３は、例えば、４２アロイやコバール，リン青銅等の金属から成る、厚み６０μｍ〜１００μｍの金属板を従来周知の板金加工にて所定形状に加工する。次に前記蓋体３にメッキを施し、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）等のろう材により形成されている接合材９を被着し製作する。
【００４５】
このような蓋体３を、基板領域の水晶振動素子２が配されるようにしてマスター基板１０上に載置させ、カーボン治具等を使用し、３００℃〜３５０℃程度の熱を印加することにより、接合材９を導体パターン６に溶融させて接続する。
尚、上述した一連の接合工程は、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中若しくは真空雰囲気中で行うのが好ましく、水晶振動素子２が酸素や大気中の水分等によって腐食・劣化するのを有効に防止することができる。
【００４６】
（工程Ｃ）
そして最後に、図３（ｃ）に示す如く、工程Ｂにおいて一体化したマスター基板１０を各基板領域の外周に沿って分割・切断する。
マスター基板１０の切断は、例えば、ダイサー等を用いてマスター基板１０をマスター基板側から一括的に切断することによって行われ、これによって複数個の水晶振動子が同時に得られる。切断の方向としては、上述のようにマスター基板側から行わず、蓋体側から行っても良く、切断手段及びマスター基板１０に用いられる材料などとの関係で適当に選択することができる。
【００４７】
このような工程により水晶振動子を製作する場合、水晶振動子の組み立てに先立って、容器体１を予め個片に分割しておく必要はなく、一括的な分割によって容器体１を切断することができる。
しかもこの場合、水晶振動子の組み立てに際して、マスター基板１０そのものがキャリアとして機能するようになっていることから、マスター基板１０より分割した個片を個々にキャリアに保持させたりするといった煩雑な作業は一切不要となる。
【００４８】
前記マスター基板１０が低温焼成基板であることにより、電解メッキではなく無電解メッキを使用することが可能な為、配線を引き回す必要がない共に、マスター基板の状態で個片の特性を測定することが可能となる。
またダイシング工程において、低温焼成基板を使用することによってダイシングし易い為、ダイシング速度を速めることができることにより生産性を向上させることが可能となる。
これにより、水晶振動子の組み立て工程が大幅に簡素化されるようになり、水晶振動子の生産性向上に供することが可能となる。
【００４９】
尚、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。
【００５０】
上述した実施形態においては、水晶振動子で説明を行ったが、集積回路素子を搭載した水晶発振器であっても構わない。
【００５１】
また上述した実施形態においては、マトリクス状に配された基板領域の間に所定の捨代領域を設けてなくても構わない。
【００５２】
更に上述した実施形態においては、圧電振動素子として水晶振動素子を用いた水晶振動子を例にとって説明したが、これに代えて、圧電振動素子として弾性表面波（ＳＡＷ）フィルタ等の他の圧電振動素子を用いる場合にも本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の水晶振動子（圧電振動子）の分解斜視図である
【図２】本発明の水晶振動子（圧電振動子）の断面図である。
【図３】（ａ）乃至（ｃ）は本発明の一実施形態にかかる水晶振動子の製造方法を説明するための斜視図である。
【図４】従来の水晶振動子の断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１・・・容器体
２・・・水晶振動素子（圧電振動素子）
３・・・蓋体
４・・・キャビティ部
５・・・搭載パッド
６・・・導体パターン
７・・・外部端子
８・・・導電性接着材
９・・・接合材
１０・・・マスター基板
【図１】
2006238206.tif 000003
【図２】
2006238206.tif 000004
【図３】
2006238206.tif 000005
【図４】
2006238206.tif 000006