(57)【要約】  ゴミや異物の付着による不良品となるおそれがある圧電振動装置を不良品として確実に選別することを可能とする工程を備えた圧電振動装置の製造方法を提供する。  基板１０を用意し、該基板１０上に圧電共振素子２０を実装し、パッケージ材１５を基板１０に接合する前または接合後に、周囲温度よりも高い温度かつ周囲の雰囲気よりも高い湿度の環境にさらし、該環境にさらした後に電気的特性を測定し、該電気的特性の変化によりゴミ及び／または異物の付着を検出する、圧電振動装置１の製造方法。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動素子を基板に実装する工程と、
前記基板に実装された圧電振動素子を周囲の温度よりも高い温度及び周囲の湿度よりも高い湿度環境に維持し、ゴミまたは異物の吸湿による電気的性能の変化を検出する工程とを備える、圧電振動装置の製造方法。
【請求項２】
前記圧電振動素子を基板に実装する工程において、ＩＣ及び前記圧電振動素子以外の電子部品をさらに基板に実装する、請求項１に記載の圧電振動装置の製造方法。
【請求項３】
圧電振動素子と、ＩＣと、前記圧電振動素子以外の電子部品とを基板に搭載する工程と、
前記基板に前記圧電振動素子、前記ＩＣ及び前記電子部品が搭載された構造をパッケージ材を用いて液密封止して圧電振動装置を得る工程と、
前記圧電振動装置を周囲の温度よりも高い温度及び周囲の湿度よりも高い湿度に維持する工程と、
前記周囲温度よりも高い温度及び周囲雰囲気よりも高い湿度の環境に維持する間または維持した後に、ゴミ及び／または異物の吸湿による電気的特性の変化を検出する工程とを備える、圧電振動装置の製造方法。
【請求項４】
前記圧電振動素子が圧電振動体として水晶を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電振動装置の製造方法。
【請求項５】
前記周囲温度よりも高い温度が４０℃〜１２１℃の範囲にあり、前記周囲湿度よりも高い湿度が７０％ＲＨ〜１００％ＲＨの範囲内にある、請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電振動装置の製造方法。
【請求項６】
前記周囲温度よりも高い温度及び前記周囲湿度よりも高い湿度を維持する時間が４時間以上、１６８時間以内である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電振動装置の製造方法。
【請求項７】
前記電気的特性の変化が、共振周波数及び／または共振抵抗の変化である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧電振動装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば圧電発振装置のような圧電振動装置の製造方法に関し、より詳細には、ゴミや異物の付着による不良品を選別する工程を有する圧電振動装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水晶振動子などの圧電振動素子を用いた発振装置が広く用いられている。圧電発振装置では、発振周波数のばらつきが小さいことが強く求められる。そのため、圧電発振装置の製造後に、共振周波数や発振周波数などを測定し、求められた共振周波数や発振周波数が許容誤差範囲外の場合にそのような圧電発振装置を不良品として選別していた。また、測定された共振周波数や発振周波数が、許容誤差範囲外である場合、周波数調整を行うことも試みられていた。【０００３】
例えば下記の特許文献１には、水晶振動子の製造に際し、絶縁性基板上に水晶振動子を搭載した後、電極表面に微量の銀を蒸着法により付与して周波数調整を行うことが記載されている。また、周波数調整後に真空加熱ベーキングを行い、真空封止を行った後、エージング後に電気的な特性を測定し選別を行うことが記載されている。【０００４】
また、特許文献１ではこのような方法では製造工程におけるゴミやパーティクルが付着すると、特性が劣化したり、特性のばらつきが大きくなりやすいことが記載されている。そこで、特許文献１では、プラズマを利用して水晶振動子チップの電極表面を削ることにより周波数調整を行う方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２８４９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のように、従来、圧電発振装置などの圧電振動装置の製造に際しては、共振周波数や発振周波数などを測定し、特性選別が行われていた。この場合、特許文献１に記載の方法のように、周波数調整を行った後に、真空封止を行い、圧電発振装置を完成させた後にエージングし、電気的特性を測定するのが普通であった。ところが、常温でエージングを行い、電気的特性を特定する方法では、短期間で不良品を効率よく選別することは困難であった。【０００７】
他方、圧電振動装置などの電子部品の特性選別に際し、高温・高湿度下に電子部品を維持し、しかる後電気的特性を測定し、特性選別を行う方法も広く用いられている。高温・高湿度下を維持することにより電子部品の特性の劣化をあえて加速し、それによって特性選別を効率よく行うことができる。【０００８】
しかしながら、上記高温・高湿度下に電子部品を維持した後に特性を測定する方法は、単に劣化を加速して特性選別を効率よく行うものにすぎなかった。【０００９】
これに対して、特許文献１において示唆されているように、水晶振動子のような圧電発振装置では、圧電振動素子にゴミや異物などのパーティクルが付着すると、製造工程では特性が許容誤差範囲内であっても、使用しているうちに特性が大きく変化することがある。そのため、このようなパーティクルの付着を高精度に検出し、使用しているうちに不良品となる製品をより一層高精度に選別することが求められている。【００１０】
本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、単なる特性の劣化を加速する加速試験とは異なり、上記ゴミや異物などの付着により使用しているうちに特性の劣化を引き起こす不良品を製造段階で確実に選別することを可能とする工程を備えた圧電振動素子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】
【００１１】
本発明の広い局面によれば、圧電振動素子を基板に実装する工程と、前記基板に実装された圧電振動素子を周囲の温度よりも高い温度及び周囲の湿度よりも高い湿度環境に維持し、ゴミまたは異物の吸湿による電気的性能の変化を検出する工程とを備える、圧電振動装置の製造方法が提供される。【００１２】
この場合、圧電振動素子を基板に実装する工程においては、圧電振動素子だけでなく、ＩＣ及び圧電振動素子以外の電子部品をさらに基板に実装してもよい。【００１３】
本発明の圧電振動装置の製造方法の他の広い局面によれば、圧電振動素子と、ＩＣと、前記圧電振動素子以外の電子部品とを基板に搭載する工程と、前記基板に前記圧電振動素子、前記ＩＣ及び前記電子部品が搭載された構造をパッケージ材を用いて液密封止して圧電振動装置を得る工程と、前記圧電振動装置を周囲の温度よりも高い温度及び周囲の湿度よりも高い湿度に維持する工程と、前記周囲温度よりも高い温度及び周囲雰囲気よりも高い湿度の環境に維持する間または維持した後に、ゴミ及び／または異物の吸湿による電気的特性の変化を検出する工程とを備える、圧電振動装置の製造方法が提供される。【００１４】
本発明に係る圧電振動装置の製造方法において、上記圧電振動素子は、圧電振動体として水晶を有するものが好適に用いられる。もっとも、圧電振動素子の圧電体は、水晶以外の圧電体、例えば圧電単結晶や圧電セラミクスであってもよい。【００１５】
本発明に係る圧電振動装置のさらに他の特定の局面では、前記周囲温度よりも高い温度が４０℃〜１２１℃の範囲にあり、前記周囲湿度よりも高い湿度が７０％ＲＨ〜１００％ＲＨの範囲内にある。この場合には、ゴミや異物の吸湿による電気的性能の変化をより確実にかつより速やかに検出することができる。【００１６】
本発明において、周囲温度よりも高い温度及び周囲湿度よりも高い湿度を維持する時間は、好ましくは、４時間以上、１６８時間以内である。４時間以上であれば、ゴミや異物の吸湿による電気的性能の変化を高精度に検出することができ、１６８時間を超えると、製造工程に必要な時間を短縮することができない。【００１７】
本発明に係る圧電振動装置のさらに別の特定の局面では、上記電気的特性の変化が、共振周波数及び／または共振抵抗の変化である。従って、上記高温・高湿度の環境下に圧電振動装置を維持した後に、圧電振動素子の共振周波数及び／または共振抵抗を測定することにより、電気的特性の変化を容易に検出することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る圧電振動装置の製造方法では、圧電振動素子が基板に実装された状態で、あるいは基板上に圧電振動素子、ＩＣ及び電子部品が搭載されかつパッケージ材を用いて液密封止された圧電振動装置の状態で、周囲の温度よりも高い温度及び周囲の湿度よりも高い湿度に維持する。そのため、ゴミ及び／または異物が圧電振動素子に付着していると、ゴミ及び／または異物が吸湿し、圧電振動素子の電気的特性、例えば共振特性に影響を与える。従って、上記共振特性などの電気的特性の変化を検出することにより、ゴミ及び／または異物の付着による特性の劣化を検出することができるので、そのような圧電振動装置を製造段階で不良品として確実に選別することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態の圧電振動装置の製造方法を説明するためのフロー図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態の製造方法において、１２０℃及び２４時間、１８０℃及び２４時間並びに８５℃、相対湿度８５％ＲＨの各環境下におかれた圧電振動装置の共振抵抗変化率を示す図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態の製造方法で得られる圧電振動装置の分解斜視図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態の圧電振動装置の製造方法で得られる圧電振動装置の正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００２１】
本実施形態では、圧電発振子として用いられる圧電振動装置を製造する。この圧電振動装置の構造を先ず図３に分解斜視図で、図４に正面断面図で示す。圧電振動装置１は、基板１０を有する。基板１０は、絶縁性材料、例えばアルミナなどの絶縁性セラミクスまたは合成樹脂などからなる。基板１０の上面には、配線電極１０ａ，１０ｂが形成されている。配線電極１０ａ，１０ｂは、基板１０のコーナー部に設けられた切欠に至っている。この切欠に至っている配線電極部分により、外部との電気的接続が行われる。電極１０ａ，１０ｂは、Ａｇ、Ｃｕなどの適宜の金属もしくは合金からなる。
【００２２】
上記基板１０上に導電性接着剤１２，１２を介して圧電振動素子として圧電共振素子２０を実装する。
【００２３】
圧電共振素子２０は、矩形板状の圧電体２２を有する。圧電体２２は、本実施形態では水晶からなる。もっとも、圧電体２２は、他の圧電単結晶あるいはＰＺＴなどの圧電セラミクスにより形成されてもよい。
【００２４】
圧電体２２の上面には、第１の共振電極２１が形成されている。圧電体２２の下面には、第１の共振電極２１と圧電体２２を介して対向するように第２の共振電極２３が形成されている。
【００２５】
第１，第２の共振電極２１，２３は、圧電体２２の一方の端面側に形成されている。上面側の第１の共振電極２１は圧電体２２の下面に至る電極延長部を有する。第２の共振電極２３の圧電体２２の端面側に至っている部分が、図４に示すように導電性接着剤１２を介して配線電極１０ａに接合されている。図４では図示されていないが、第１の共振電極の圧電体２２の下面に至っている部分が、同様に導電性接着剤１２を介して配線電極１０ｂに接合されている。
【００２６】
圧電振動装置１の製造方法を、図１を参照して説明する。
【００２７】
図１のフロー図で示すように、ステップＳ１において上記圧電共振素子２０を形成する。より具体的には、圧電体ウエハーから圧電体２２を切断したり、圧電体ウエハーの状態で両面をラップ研磨等により研磨する加工や圧電体ウエハーから圧電体２２を切断する加工等を行う。また、圧電体２２に、第１，第２の両面の共振電極２１，２３を形成する。このようにして、ステップＳ１において圧電共振素子２０を得る。
【００２８】
次に、ステップＳ２において、基板１０上に導電性接着剤１２を介して圧電共振素子２０を実装する。
【００２９】
次に、ステップＳ３において、周波数調整を行う。この周波数調整は、圧電共振素子２０の第１，第２の共振電極２１，２３、特に上方の共振電極２１上に、蒸着等により金属材料を付加することにより、あるいはイオンガンを用いること等により行い得る。周波数調整の方法自体は、従来より周知の周波数調整方法を適宜用いることができる。
【００３０】
次に、ステップＳ４において、パッケージ材１５を基板１０に接合する。具体的には、基板１０の上面に、矩形枠上に接着剤層１３を形成し、次に矩形枠上に絶縁性材料層１４を形成し、該接着剤層１３及び絶縁性材料層１４を介して金属からなるパッケージ材１５を接合する。上記絶縁性材料層１４は、金属からなるパッケージ材１５を基板１０上の配線電極１０ａ，１０ｂなどに対して電気的絶縁を図るために設けられている。従って、接着剤層１３が絶縁性である場合には、絶縁性材料層１４を省略してもよい。
【００３１】
また、絶縁性材料層１４は、上記のように、パッケージ材１５を接合するものであるため、接着剤層１３と同様に接着作用を有する。接着剤層１３は例えばエポキシ系接着剤などの適宜の熱硬化型接着剤、あるいは適宜の光硬化型接着剤により形成することができる。また、絶縁性材料層１４についても、絶縁性の適宜の接着剤を用いることができる。
【００３２】
パッケージ材１５は下方に開いた開口を有する。この開口内に圧電共振素子２０が収納されるようにして、パッケージ材１５を下方の開口側から基板１０に接合する。従って、基板１０とパッケージ材１５とで閉じられた空間Ａに圧電共振素子２０が封鎖される。上記接着剤層１３及び絶縁性材料層１４は、この空間Ａを液密封止するものであることが好ましい。それによって、封止空間形成後に湿度を空間内に侵入させることができる。
【００３３】
なお、上記空間Ａの封止は、接着剤を用いる方法のほか、シーム溶接、ガラス溶着、半田による封止などの適宜の方法を用いて行い得る。このようにして、ステップＳ４においてパッケージの組み立て及び封止が行われる。
【００３４】
しかる後、ステップＳ５において、上記空間Ａの封止状態の選別や外観選別などの第１の選別工程が行われる。封止状態の選別は、例えばグロスリーク試験、ファインリーク試験などの方法に行うことができる。外観選別は、圧電振動装置１を目視により、あるいは顕微鏡下で観察することにより行い得る。
【００３５】
第１の選別工程において不要と判断されたものは、不要品として除外される。しかる後、第１の選別工程で良品として判断された圧電振動装置１を、ステップＳ６の第２の選別工程においてさらに選別する。第２の選別工程では、常温下において圧電振動装置１の電気的特性、本実施形態では、共振特性を測定する。この常温において共振特性を測定し、得られた共振抵抗が目標とする共振抵抗範囲外である場合不良品として排除する。
【００３６】
本実施形態の特徴は、第２の選別工程において、高温・高湿度下に所定時間維持し、ゴミまたは異物の吸湿による電気的性能の変化も測定される。より具体的には、ゴミや異物が圧電共振素子２０に付着していると、閉じられた空間Ａ内に存在する湿気がゴミまたは異物により吸湿される。この結果、圧電共振素子２０の共振特性が変化する。高温・高湿度下に圧電振動装置１を所定時間維持した場合上記吸湿が進むため、吸湿により共振特性が大きく変化することになる。この共振特性の変化、より具体的には共振周波数及び共振抵抗の変化を測定し、共振周波数変化率Δｆｒ（％）＝｛（高温・高湿度下に維持した後の共振周波数−高温・高湿度下に維持する前の共振周波数）／高温・高湿度環境下に維持する前の共振周波数｝×１００（％）及び共振抵抗変化率ΔＣＩ＝｛（高温・高湿度下に維持した後の抵抗−高温・高湿度下に維持する前の抵抗）／高温・高湿度下に維持する前の抵抗｝×１００（％）で求める。
【００３７】
その結果、共振抵抗変化率ΔＣＩ及び共振周波数変化率Δｆｒが所定の大きさ以上である場合は不良品として選別し、排除する。
【００３８】
第２の選別工程の結果、良品として選別された圧電振動装置１を、ステップＳ７の最終的な出荷前の検査に供し、出荷する。
【００３９】
本実施形態の製造方法によれば、従来の圧電振動装置の製造方法と同様に、第１の選別工程において、封止状態や外観選別等が行われるだけでなく、ステップＳ６の第２の選別工程において、上記高温・高湿度下における共振抵抗変化率及び／または共振周波数変化率により良品と不良品との選別が行われる。この高温・高湿度下に圧電振動装置１を所定時間維持した場合、前述したように上記空間Ａに存在する湿気が圧電共振素子２０に付着しているゴミや異物に吸湿され、共振抵抗及び／または共振周波数が多く変化する。そのため、ゴミや異物の付着による特性の劣化を高精度に検出することができる。
【００４０】
前述したように、圧電振動装置において、圧電共振素子にゴミや異物が付着していると、使用しているうちにゴミや異物が吸湿することにより、共振特性が大きく劣化し、初期性能を発現しないことがある。これに対して、本実施形態の製造方法によれば、上記第２の選別工程において、ゴミや異物の吸湿による性能の劣化を検出することができので、ゴミや異物が付着したことにより使用しているうちに不良となる圧電振動装置１を確実に不良品として選別することができる。よって、信頼性に優れた圧電振動装置１を出荷することができる。
【００４１】
次に上記高温・高湿度下の環境に所定時間維持する工程につき、具体的な実験例に基づき説明する。
【００４２】
図２は、上記実施形態において、高温・高湿度環境として、（１）１２５℃、相対湿度４０％ＲＨの環境に２４時間維持した場合、（２）１８０℃及び相対湿度２０％ＲＨの環境に２４時間維持した場合、並びに（３）８５℃及び相対湿度８５％ＲＨの環境に２４時間維持した場合の共振抵抗変化率を示す。
【００４３】
測定に際しては、高温・高湿度下の環境に維持する前に共振抵抗を測定し、上記各環境に維持した後に共振抵抗を測定し、共振抵抗変化率ΔＣＩを求めた。また、上記共振抵抗変化率を求めた各圧電振動装置１を分割し、圧電共振素子２０に付着しているゴミまたは塵埃の詳細を調べた。図２においては、皮膚などの人体由来のゴミを◆印、接着剤の硬化物の微細破片等を■印、加工工程で付着したステンレスなどの金属粉末を×印で示す。
【００４４】
すなわち、多数の圧電振動装置１について共振抵抗変化率を求め、しかる後どのようなゴミまたは異物が付着しているかを確認した。
【００４５】
図２から明らかなように、（１）の環境、すなわち１２５℃、相対湿度４０％ＲＨの環境下に２４時間維持しただけでは、共振抵抗変化率は、いずれのゴミまたは塵埃が付着しているものについても、５０％以下と小さかった。特に、接着剤硬化物由来の破片や金属粉末が付着している例では、共振抵抗変化率はあまり変化しなかった。これに対して、１８０℃、相対湿度２０％ＲＨに２４時間維持した場合には、（１）の条件の場合に比べて、共振抵抗変化率が大きくなった。特に、接着剤硬化物の破片が付着した場合には、（１）の環境の場合に比べ、（２）の環境の場合、人体由来のゴミが付着した場合においても、共振抵抗変化率は大きくなった。もっとも、金属粉などが付着したものでは、共振抵抗変化率はさほど大きくない。これに対して、（３）の環境、すなわち８５℃及び相対湿度８５％ＲＨの環境に維持した場合は、人体由来のゴミ、接着剤硬化物の破片、金属粉末のいずれが付着している圧電振動装置においても、共振抵抗変化率が著しく大きかった。
【００４６】
従って、（１）及び（２）の環境に比べ、相対湿度が８５％ＲＨと高い環境に維持することにより、ゴミや塵埃が付着している場合の共振抵抗変化率が非常に大きくなることが分かる。
【００４７】
よって、本発明においては、第２の選別工程において、高温下だけでなく高湿度下の環境下に圧電振動装置１を維持し、共振抵抗変化率を求めることにより、様々なゴミや異物の付着を確実に検出することが可能とされている。
【００４８】
なお、上記実験例（３）では、８５℃及び相対湿度８５％ＲＨの環境に２４時間維持したが、高温・高湿度下については、周囲温度よりも高い温度かつ周囲湿度よりも高い湿度であれば、ゴミまたは異物が吸湿するため、上記実験例の場合と同様に周囲温度及び周囲の温度と同じ湿度を維持した場合に比べて、ゴミや異物の付着をより確実に検出することができる。特に、上記実験例から明らかなように、単に高温下に維持するだけでなく、周囲の湿度よりも高い湿度下に維持することが重要であることが分かる。
【００４９】
好ましくは、周囲温度よりも高い温度として４０℃〜１２１℃の範囲が望ましい。４０℃未満では、常温、すなわち２５℃程度の温度とさほど温度差がなく、１２１℃を超えると圧電振動装置１を構成している材料が劣化するおそれがある。
【００５０】
また、高湿度とは、相対湿度７０％ＲＨ以上１００％以下ＲＨの範囲が望ましい。７０％ＲＨ未満では、上記実験例からも明らかなように、様々なゴミまたは異物の付着による吸湿による特性の変化を大きくすることができず、特に金属粉末が付着している場合の共振抵抗変化率を大きくすることができない。また、相対湿度が１００％ＲＨを超えると、圧電共振素子２０に結露が生じ、好ましくない。
【００５１】
また、上記高い温度及び高い湿度の環境に維持する時間については、上記実験例の２４時間に限らない。ある程度の時間上記環境に維持すれば、上記実験例からも推測される通り、共振抵抗変化率を大きくすることができる。好ましくは、４時間以上１６８時間以内である。４時間未満では、共振抵抗変化率がさほど大きくならないことがあり、１６８時間を超えると特性選別工程が長時間化し、製造工程の短縮化を図ることができないことがある。
【００５２】
上記実施形態では、共振特性を測定し、共振抵抗及び共振周波数の変化率を求めたが、共振抵抗でなく、反共振抵抗の変化率を求めてもよく、また共振周波数や反共振周波数の周波数値自体の変化を求めてもよい。さらに共振特性以外の電気的特性の変化を求めてもよい。いずれにしても、ゴミや異物が付着している場合に吸湿により変化する適宜の電気的特性の変化を求めればよい。
【００５３】
また、上記実施形態の製造方法では、パッケージ材１６により圧電共振素子２０を封止した後上記高温・高湿度下に維持し、ゴミまたは異物の付着による特性の変化を求めたが、パッケージ材１５を基板１０に接合する前に、上記高温・高湿度下に維持し、特性の変化を測定してもよい。その場合には、パッケージ材１５を基板１０に接合する工程の間、あるいは以後の工程において、空間Ａ内においてゴミや異物が付着するおそれがあるが、それ以前の工程におけるゴミや異物の付着による不良品を確実に選別することができる。
【００５４】
もっとも、好ましくは、上記実施形態のようにパッケージ材１５を基板１０に接合に上記特性選別を行うことが望ましい。さらに、本発明において製造される圧電振動装置はパッケージ材１５を有しないものであってもよい。その場合には、基板１０に圧電共振素子２０を搭載した状態で上記高温・高湿度下に維持した後に電気的特性の変化率を測定し、特性選別を行えばよい。
【符号の説明】
【００５５】
１…圧電振動装置
１０…基板
１０ａ，１０ｂ…配線電極
１２…導電性接着剤
１３…接着剤層
１４…絶縁性材料層
１５，１６…パッケージ材
２０…圧電共振素子
２１…第１の共振電極
２２…圧電体
２３…第２の共振電極
【図１】
2011030571.tif 000003
【図２】
2011030571.tif 000004
【図３】
2011030571.tif 000005
【図４】
2011030571.tif 000006
【国際調査報告】
2011030571.tif 000007
2011030571.tif 000008