(57)【要約】【課題】回路基板に対する半田付け前後の周波数変化が小さく、しかも周波数が安定するまでの時間を短縮できる圧電部品の製造方法を提供する。【解決手段】圧電素子１の端子電極にリード端子２０〜２２を半田付けする工程と、リード端子が半田付けされた圧電素子１の周囲に外装樹脂３０を塗布・硬化させ、圧電部品を得る工程と、樹脂硬化後の圧電部品に熱エージングを行う工程と、熱エージング後、圧電素子１の特性が安定するまで常温放置する工程と、常温放置後、圧電素子１の特性を測定し、選別する工程と、を含む。完成品の段階で熱エージングを実施することで、後工程でフロー半田を行う際の周波数変化を小さくし、かつ周波数を素早く安定させる。【選択図】　　　　　　　　図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子の端子電極にリード端子を半田付けする工程と、
リード端子が半田付けされた圧電素子の周囲に外装樹脂を塗布・硬化させ、圧電部品を得る工程と、
樹脂硬化後の圧電部品に熱エージングを行う工程と、
熱エージング後、上記圧電素子の特性が安定するまで常温放置する工程と、
常温放置後、上記圧電素子の特性を測定し、選別する工程と、を含む圧電部品の製造方法。
【請求項２】
上記熱エージング温度は、上記外装樹脂の硬化温度より高く、上記半田の融点より低い温度であることを特徴とする請求項１に記載の圧電部品の製造方法。
【請求項３】
上記熱エージング温度は、１５０℃〜１８０℃であることを特徴とする請求項２に記載の圧電部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はフィルタや発振子などの圧電部品の製造方法、特に外装樹脂で封止されたリードタイプの圧電部品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子機器に外装樹脂で封止されたリードタイプの圧電部品が広く用いられている。この種の圧電部品を回路基板に実装する場合には、量産性を高めるため、まず自動挿入機によって回路基板にリード端子を挿入し、カット・クリンチの後、自動はんだ槽によって回路基板にフロー半田される。
ところが、フロー半田の前後で圧電フィルタの周波数が大きく変化し、しかも周波数が安定値に復帰するまで長時間を必要とするという問題がある。
【０００３】
図１はフロー半田前後の圧電フィルタの周波数−減衰量特性の変化を示す。図から明らかなように、フロー半田後、周波数が全体として低下していることがわかる。
図２はフロー半田後の経過時間と、中心周波数の変化との関係を示す。図から明らかなように、フロー半田によって中心周波数が−２０ｋＨｚ程度低下した後、自然放置によって徐々に安定値へ復帰している。周波数が安定値（−７ｋＨｚ）になるまでの時間は、常温で約１００時間程度である。
【０００４】
図１，図２に示されるフロー半田に伴う特性変化は、外装樹脂で封止されたリードタイプの圧電部品に顕著に発生する。その最大の理由は、外装樹脂の熱応力または残留応力のために内部の圧電素子の電気的特性に影響を及ぼすからであると考えられる。
上記のように、フロー半田前後の周波数変化が大きく、しかも周波数が安定するまでの時間が長いので、フロー半田後長時間放置しなければ、ユーザー側がセット状態での調整を行うことができず、生産性を低下させるという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開２０００−３０７３６７号公報には、周波数の経時変化特性に優れた水晶振動子の製造方法が開示されている。この水晶振動子では、周波数の経時変化を改善するため、パッケージのベースに接着剤を塗布し、水晶片を支持固定し、周波数調整を行った後、気密封止を行う前に熱処理を行い、残留応力の緩和、ガスの除去により、経時変化の特性を向上させたものである。
また、特開２００２−１００９３１号公報には、容器体の上部キャビティーに圧電振動子を実装する工程と、容器体の下部キャビティーにＩＣチップ及び電子部品を実装する工程との間に、圧電振動子の周波数を安定させるために、圧電振動子の熱エージングを行う工程を設けた圧電発振器の製造方法が開示されている。
【０００６】
ところが、上記いずれの方法でも、熱エージングを未完成品の段階で実施している。そのため、この圧電部品を回路基板などに半田付けした時、熱による特性変化を効果的に抑制できるとは限らない。
また、いずれの圧電部品でも、中空パッケージの中に圧電素子を収納する構造であり、外装樹脂で封止された圧電部品ではない。つまり、外装樹脂による熱応力あるいは残留応力の影響を受けないため、半田付け後、周波数が大きく変化したり、周波数が安定するまで長時間を要するという課題がない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、回路基板に対する半田付け前後の周波数変化が小さく、しかも周波数が安定するまでの時間を短縮できる圧電部品の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる発明は、圧電素子の端子電極にリード端子を半田付けする工程と、リード端子が半田付けされた圧電素子の周囲に外装樹脂を塗布・硬化させ、圧電部品を得る工程と、樹脂硬化後の圧電部品に熱エージングを行う工程と、熱エージング後、上記圧電素子の特性が安定するまで常温放置する工程と、常温放置後、上記圧電素子の特性を測定し、選別する工程と、を含む圧電部品の製造方法を提供する。
【０００９】
本発明では、リード端子を半田付けし、外装樹脂で封止した後の圧電部品（完成品）に対して熱エージングを行い、実装時（フロー半田）に相当する熱サイクルを予め与えておく。熱エージング後、圧電素子の特性が安定するまで常温放置し、特性が安定した後で圧電素子の特性（中心周波数など）を測定し、規格に応じて選別を行う。熱エージングおよび常温放置は、多数の圧電部品について同時に行うことができるので、生産性を低下させることがない。
このように完成品の状態で熱エージングを行うことで、その圧電部品はフロー半田前に熱サイクルを経験しており、実際にフロー半田を実施した後の周波数変化が小さく、かつ周波数が安定値となるまでの時間を大幅に短縮できる。そのため、セット調整が容易になるだけでなく、フロー半田後、長時間放置しなくてもセット調整を実施することができる。また、周波数の経時変化が小さいので、特性の安定した圧電部品が得られる。
本発明の熱エージングは、外装樹脂で封止する前の圧電素子（未完成品）に対して実施しても殆ど効果がない。その理由は、封止前の圧電素子には外装樹脂の熱応力や残留応力が影響しないからである。
【００１０】
請求項２のように、熱エージング温度は、外装樹脂の硬化温度より高く、半田の融点より低い温度とするのがよい。
すなわち、外装樹脂の硬化温度より低い温度で熱エージングを行っても、外装樹脂の熱応力、ひいては圧電素子の特性に殆ど変化がないからである。また、半田の融点より高い温度とすると、リード端子と圧電素子の端子電極とを接続している半田が再溶融し、電極の半田食われ現象などの不具合が発生する恐れがあるからである。
【００１１】
請求項３のように、熱エージング温度を１５０℃〜１８０℃としてもよい。外装樹脂がエポキシ系樹脂の場合、その硬化温度は約１５０℃であり、半田（Ｐｂ−Ｓｎ系）の場合、その融点は約１８０°以上だからである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図３は本発明にかかる製造方法により製造される圧電部品の一例を示し、ここでは厚み縦振動を利用したエネルギー閉じ込め型の圧電フィルタの例を示す。
図４は上記圧電フィルタの回路図である。
この圧電フィルタＡは、矩形板状の圧電セラミックスまたは圧電単結晶よりなる圧電素子１を備えており、圧電素子１の表主面に所定距離隔てて分割電極（振動電極）２，３と４，５とが形成され、裏主面に分割電極２，３および４，５とそれぞれ対向する対向電極（振動電極）６，７が形成されている。上記振動電極２，３，６によって一方の二重モードフィルタ素子Ｆ１が構成され、振動電極４，５，７によって他方の二重モードフィルタ素子Ｆ２が構成される。
【００１３】
圧電素子１の表主面において、分割電極２は圧電素子１の１つの角部に形成された入力用の端子電極８とリード電極９を介して接続され、分割電極４は圧電素子１の他の１つの角部に形成された出力用の端子電極１０とリード電極１１を介して接続されている。さらに、分割電極３と５は、リード電極１２を介して相互に接続されている。また、圧電素子１の中央部には中継容量用の容量電極１３が形成され、この容量電極１３はリード電極１４を介してリード電極１２の中央部に接続されている。
【００１４】
圧電素子１の裏主面において、対向電極６，７はそれぞれリード電極１５，１６を介して容量電極を兼ねるアース用の端子電極１７に接続されている。このアース用の端子電極１７は、容量電極１３と圧電素子１を間にして対向し、中継容量Ｃを構成している。
【００１５】
入力用の端子電極８と出力用の端子電極１０には、それぞれリード端子２０，２１が半田Ｓによって半田付けされ、アース用の端子電極１７にはリード端子２２が半田Ｓによって半田付けされる。
リード端子２０〜２２を半田付けした後、表主面の振動電極２，３と４，５の上にワックスが塗布され、同様に裏主面の振動電極６，７の上にもワックスが塗布される。この圧電素子１がリード端子２０〜２２を外部に露出させた状態で樹脂液に浸漬され、外装樹脂３０がディップコーティングされる。ここでは、エポキシ系樹脂が用いられる。外装樹脂３０を加熱硬化させる時の熱でワックスが外装樹脂３０に吸収され、空洞３１が形成される。空洞３１は、振動電極２〜７の周囲にエネルギー閉じ込め型の厚み縦振動を励振させる振動空間を形成している。
【００１６】
図５は上記圧電フィルタＡのリード端子２０〜２２を自動挿入機によって回路基板Ｐへ挿入し、カット・クリンチした状態を示す。その後、この回路基板Ｐは自動はんだ槽へ運ばれ、フロー半田によってリード端子２０〜２２と回路基板Ｐとが半田付けされる。その後、回路基板Ｐは電子機器にセットされ、セット状態で電気的特性が調整される。
自動はんだ槽の温度は、通常約２６０℃であり、回路基板Ｐの表面側に配置された圧電フィルタＡも１５０〜１７０℃程度に加熱される。そのため、圧電フィルタＡの特性が図１に示すようにフロー半田前に比べて変化してしまう。しかも、特性が安定するまで、図２に示すように長時間を要する。したがって、フロー半田後、直ぐにセット調整を行うことができない。
本発明では、図３に示すように完成品となった圧電フィルタＡに対して、熱エージングおよび自然放置（常温放置）を実施し、その後で特性を選別している。つまり、フロー半田の前に熱サイクルを経験させることで、実際にフロー半田を行った時の圧電フィルタＡの周波数の変化を小さくし、かつ周波数が安定するまでの時間を短縮している。
【００１７】
図６は、圧電フィルタＡの製造工程を示す。
まず、圧電素子１を準備し（ステップＳ１）、この圧電素子１にリード端子２０〜２２を半田付けする（ステップＳ２）。次に、外装樹脂３０をディップコーティングし（ステップＳ３）、その外装樹脂３０を加熱硬化させる（ステップＳ４）。以上のステップＳ１〜Ｓ４によって圧電フィルタＡが完成する。
次に、完成品の圧電フィルタＡをオーブンに投入し、約１時間保持して熱エージングを行う（ステップＳ５）。熱エージング温度は、外装樹脂３０の硬化温度より高く、内部半田Ｓの融点より低い温度がよい。具体的には、１５０℃〜１８０℃の範囲が望ましい。この範囲でエージング温度を変えても、中心周波数の変化量は殆ど違いが生じなかった。熱エージング後、圧電フィルタＡの特性が安定するまで常温で放置する（ステップＳ６）。放置時間は例えば１００時間以上がよい。
次に、特性が安定した後の圧電フィルタＡの特性を測定し、選別を行う（ステップＳ７）。この特性測定によって、熱エージング前後の圧電フィルタＡの周波数の変化を知ることができる。
【００１８】
図７は、熱エージング処理（１８０℃）における経過時間と中心周波数の変化量との関係を示す。
熱エージングによって、中心周波数が−３０ｋＨｚ以上低下した後、自然放置によって徐々に安定値（約−１２ｋＨｚ）へ復帰している。
【００１９】
図８の実線は、熱エージングを実施した圧電フィルタＡについて、フロー半田後の経過時間に対する中心周波数の変化を示す。また、図８の破線は、熱エージングを実施していない圧電フィルタＡについて、フロー半田後の経過時間に対する中心周波数の変化を示すものであり、図２の特性と同じである。
熱エージングを実施した圧電フィルタＡでは、図７で示すように、中心周波数が−１２ｋＨｚ程度低下するため、この低下分を見込んでフロー半田の開始前に所定の中心周波数になるように圧電素子を準備する。したがって、図８の熱エージングを実施していない圧電フィルタと熱エージングを実施した圧電フィルタの初期値は、同じ中心周波数となる。
図８から明らかなように、熱エージングを実施していない圧電フィルタＡでは、フロー半田後、中心周波数がフロー半田前の−７ｋＨｚ程度まで復帰するのに１００時間程度必要としていたのに対し、熱エージングを実施した圧電フィルタＡでは、フロー半田後、約３０分で中心周波数がフロー半田前の−３ｋＨｚ程度まで復帰している。フロー半田後の周波数変化を３０分後で比較すると、非熱エージング品に比べて熱エージング品（本発明）では、５０％以下に低減された。
また、フロー半田後の安定値も、非熱エージング品では約−７ｋＨｚであるのに対し、熱エージング品ではほぼ０ｋＨｚであり、中心周波数がフロー半田前の値にほぼ完全に復帰している。
以上のことから、本発明のようにフロー半田前に熱エージングを実施することで、ユーザーがフロー半田後セット調整までの時間を短縮することが可能となる。また、フロー半田後、セット調整までに時間的な余裕がある場合には、周波数をフロー半田前の値までほぼ復帰させることが可能であり、周波数のずれがなくなり、セット調整が容易となる。
【００２０】
本発明は上記実施例に限定されるものではない。
上記実施例では、圧電フィルタについて説明したが、リード端子付きの外装樹脂で封止した構造の圧電部品であれば、フィルタに限らず適用可能である。
また、リード端子の本数も３本に限らず、２本あるいは４本以上でもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１にかかる発明によれば、外装樹脂で封止されたリード端子付きの圧電部品において、完成品の状態で熱エージングを行うことで、実際にフロー半田を実施した後の周波数変化が小さく、かつ周波数が安定値となるまでの時間を大幅に短縮できる。
そのため、フロー半田後、長時間放置しなくてもセット調整を実施することができ、生産性を向上させることができる。また、フロー半田後、安定値となった圧電部品の特性は、フロー半田前とほぼ同一となるので、セット調整が容易になる。
さらに、熱エージングを実施することで、圧電部品の特性の経時変化が少なくなり、特性の安定した圧電部品を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】フロー半田前とフロー半田後の周波数−減衰量特性の変化を示す図である。
【図２】従来の圧電部品のフロー半田後の経過時間と中心周波数の変化との関係を示す図である。
【図３】本発明にかかる圧電部品の一例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は側面図である。
【図４】図３に示す圧電部品の回路図である。
【図５】図３に示す圧電部品を回路基板に取り付けた状態の図である。
【図６】本発明における圧電部品の製造工程を示すフローチャート図である。
【図７】熱エージングにおける経過時間と中心周波数の変化量との関係を示す図である。
【図８】熱エージングを実施した圧電部品におけるフロー半田後の経過時間と中心周波数の変化量との関係を示す図である。
【符号の説明】
Ａ　　　　　　　　圧電フィルタ（圧電部品）
１　　　　　　　　　　　　　　　　圧電素子
８，１０，１７　　端子電極
２０〜２２　　　　　　　　リード端子
３０　　　　　　　外装樹脂
Ｐ　　　　　　　　回路基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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