(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
封止用導体パターンが設けられた絶縁基体を台座部と加熱源部から成る封止装置上に載置する工程Ａと、
前記絶縁基体に圧電振動素子を搭載し、蓋体を前記絶縁基体の封止用導体パターン上に、前記蓋体に設けられた封止材が前記封止用導体パターンに接するように配置する工程Ｂと、
前記蓋体に前記加熱源部から熱線が照射され前記封止材が溶融されて、前記絶縁基体の封止用導体パターンに接合される時に、前記封止装置の台座部に備えられた電磁石により、前記蓋体を前記台座部側に引き付けて前記絶縁基体と密着させると共に、前記電磁石のＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことにより前記台座部に振動を加えながら、前記封止材と前記封止用導体パターンとを接合する工程Ｃ
から成る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デバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、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、先の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、上記圧電デバイスは、バッチ処理により製造した複数の絶縁基体５１を、キャビティを上向きにしてトレイ状の搬送治具上に縦横に配列し、個々の絶縁基体に対して水晶振動素子５２をマウントしてから蓋体５３により気密封止するという手順にて製造される。絶縁基体５１のキャビティの内底面には２つの搭載電極が配置されており、絶縁基体５１の搭載電極に対して水晶振動素子５２を搭載する。この絶縁基体５１と蓋体５３を気密封止する方法としては、接合材である金錫（Ａｕ−Ｓｎ）ロウ材を溶融させる方法がある。溶融させる手段としては、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や、ハロゲンビームにより接合材を溶融させて接合する方法が知られている。
【０００４】
【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）
【特許文献３】特開平９−２４６４１４号公報
【０００５】
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】
【０００６】
しかしながら、上述した従来の圧電デバイスにおいては、接合材を溶融することによって気密封止を行っているが、封止時に蓋体と絶縁基体との間隔が少し空いていることにより、接合材が濡れ広がらずに封止不良になることや、蓋体がずれて接合してしまうおそれがあるという欠点を有していた。
【０００７】
また、個片の絶縁基体と個片の蓋体とを事前に準備してから圧電デバイスを組み立てる場合、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になる欠点を有していた。
【０００８】
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、蓋体と絶縁基体とを安定して接合すると共に、その生産性を著しく向上させた圧電デバイス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】
【０００９】
本発明の圧電デバイスの製造方法は、封止用導体パターンが設けられた絶縁基体を台座部と加熱源部から成る封止装置上に載置する工程Ａと、前記絶縁基体に圧電振動素子を搭載し、蓋体を前記絶縁基体の封止用導体パターン上に、前記蓋体に設けられた封止材が前記封止用導体パターンに接するように配置する工程Ｂと、前記蓋体に前記加熱源部から熱線が照射され前記封止材が溶融されて、前記絶縁基体の封止用導体パターンに接合される時に、前記封止装置の台座部に備えられた電磁石により、前記蓋体を前記台座部側に引き付けて前記絶縁基体と密着させると共に、前記電磁石のＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことにより前記台座部に振動を加えながら、前記封止材と前記封止用導体パターンとを接合する工程Ｃから成ることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、蓋体を絶縁基体の封止用導体パターンに接合すると共に、接合時に蓋体を絶縁基体に密着させることによって、封止用導体パターンへの封止材の濡れ広がりを促進することが可能となる。
【００１６】
また、本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、工程Ｃにおいて、電磁石を用いることによって、絶縁基体の底面側、若しくは蓋体側が磁力によって固定されるので、蓋体と絶縁基体との接合時における位置ずれを防止することが可能となる。
【００１７】
また、本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、工程Ｃにおいて、振動装置を用いることによって、絶縁基体の底面側、若しくは蓋体側に振動を加えるので、蓋体と絶縁基体の封止用導体パターンを密着させ封止用導体パターンへの封止材の濡れ広がりを促進することが可能となる。
【００１８】
また、本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、絶縁基体が複数形成されているマスター基板を用いることによって、圧電デバイス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、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。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。
【００１９】
また、本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、絶縁基体の加熱手段に向いていない側に、蓋体を絶縁基体に密着させることによって、蓋体と絶縁基体の封止用導体パターンを密着させるので、封止用導体パターンへの封止材の濡れ広がりを促進することが可能となる。
【００２０】
また、本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、蓋体を絶縁基体に密着させる電磁石を用いることによって、絶縁基体の底面側若しくは蓋体側が磁力によって固定されるので、蓋体と絶縁基体との接合時における位置ずれを防止することが可能となる。
【００２１】
また、本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、蓋体を絶縁基体に密着させる手段として振動装置を用いることによって、蓋体と絶縁基体の封止用導体パターンを密着させるので、封止用導体パターンへの封止材の濡れ広がりを促進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】
【００２２】
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る。図１に示す水晶振動子は、大略的に、絶縁基体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。
【００２３】
絶縁基体１は、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絶縁層を積層して形成されており、その上面には一対の搭載パッド６と水晶振動素子２の搭載領域を囲繞する封止用導体パターン４とが設けられ、また下面には入力端子、出力端子、グランド端子等の外部端子５が設けられている。
【００２４】
かかる絶縁基体１に設けられている一対の搭載パッド６は、その上面側で水晶振動素子２の振動電極に導電性接着材を介して電気的に接続され、下面側で絶縁基体１上の導体パターンや絶縁基体内部のビア導体等を介して絶縁基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。
【００２５】
また、前記絶縁基体上面の封止用導体パターン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。前記封止用導体パターン４は、後述する蓋体３を、接合材８を介して絶縁基体１の上面に接合させる為のものであり、かかる封止用導体パターン４を、上述したように、ＷもしくはＭｏ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、封止用導体パターン４に対する接合材８の濡れ性を良好とし、圧電デバイスの信頼性及び生産性を著しく向上させることができる。なお、上述した外部端子５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着材を介して電気的に接続されることとなる。
【００２６】
また、上述した絶縁基体１の上面に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、厚みが大よそ３０μｍ〜１６０μｍの水晶片の両主面に一対の振動電極（図示せず）を被着・形成して成り、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ようになっている。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絶縁基体上面の対応する搭載パッド６とを導電性接着材９を介して電気的・機械的に接続することによって絶縁基体上面の所定位置に搭載される。
【００２７】
蓋体３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。先の蓋体３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、封止材８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、成分比率で、金が８０％、錫が２０％のものが使用されている
【００２８】
次に上述した圧電デバイスの製造方法について図３を用いて説明する。ここで、図３（ａ）〜（ｃ）は本発明の製造方法を説明するため斜め上方からみた斜視図である。
（工程Ａ）
マスター基板１０は、図３（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の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搭載パッド６と開口周縁を囲む封止用導体パターン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５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搭載パッド６や外部端子５、封止用導体パターン４等とな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。
【００２９】
（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なり、その一主面側には、水晶振動素子２を搭載する。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・形成して成り、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。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６とが導電性接着剤９を介して電気的・機械的に接続される。
【００３０】
次に水晶振動素子２が搭載されているマスター基板の基板領域の上面に形成された封止用導体パターン４に対応して、蓋体３を、水晶振動素子２が封止されるようにして、載置・接合する。なお、蓋体３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３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、封止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８０％、錫が２０％のものが使用されている。
【００３１】
（工程Ｃ）
ここで封止装置は、図示されてはいないが、マスター基板１０を載置・固定する為の台座部１１と、キセノンランプ、及びハロゲンランプ等の光ビームを照射する為の照射部によって構成されている。先の光ビームを蓋体３に照射し、封止材８を溶融させることによって、蓋体３をマスター基板１０の基板領域に封止を行う。このとき、複数個同時に封止をすることができる。キセノンランプは、陰極と陽極とを内部に配置したバルブであり、発光部の最高輝度の位置を集光ミラーの焦点位置に集光し、この焦点位置に光ファイバの射出端から射出するものである。また、同様にハロゲンランプは、バルブ内にタングステンフィラメントを備え、ハロゲンガスを封入したものである。このタングステンフィラメントが通電加熱されると、ハロゲンガスと反応し、タングステン−ハロゲン化合物が生成される。タングステン−ハロゲン化合物は、バルブ内の対流により、タングステン−ハロゲン化合物がフィラメント付近に運ばれ、高温によりタングステンとハロゲンガスに分解されてタングステンは、フィラメントに沈殿するというハロゲンサイクルを繰り返し、光ビームを発生するものである。即ち、この工程Ｃは、蓋体３に先述の光ビームが照射され封止材（接合材８）が溶融されて、絶縁基体１の封止用導体パターン４に接合される時に、台座部１１に衝撃的に振動を加えて、溶融の始まった封止材（接合材８）を加速的に溶融させて蓋体３を先の絶縁基体１に密着させながら接合するものである。
【００３２】
図４（ａ）に示されるように、封止装置の台座部１１には、図４（ａ）の中では示されてはいないが、電磁石が埋め込まれており、制御信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦ制御される。封止材８が融点に達した時に、制御信号をＯＮとすることによって、前記蓋体３と前記絶縁基体１の封止用導体パターン４とが電磁石から発生する磁力によって引き付けられて互いに密着させることができる。この時、制御信号のＯＮ／ＯＦＦを繰り返し行うことにより発生する台座部１１の振動により、溶融の始められた封止材８の溶融が加速度的に進行されて、その結果として封止材８の封止用導体パターン４への濡れ広がりを促進することが可能となる。この時、蓋体３は、図中で示す矢印の方向に引き付けられ、密着することになる。
【００３３】
また、図４（ｂ）に示すように、絶縁基体１の底面を加熱源側に向けて、蓋体側を封止装置の台座部１１に接触させ、台座部１１に埋め込まれている電磁石を制御信号に基づきＯＮ／ＯＦＦ制御しながら、気密封止することも可能である。この時、絶縁基体１は、図中で示す矢印の方向に引き付けられ、密着することになる。
【００３４】
そして最後に、先の図３（ｃ）に示す如く、前記マスター基板１０の各基板領域並びに前記基板領域の外周に沿って切断して分割する。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装置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、各圧電デバイスを得ることができる。
【００３５】
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。上述した実施形態においては、電子部品素子として水晶振動素子を用いることにより水晶振動子を構成するようにしたが、それ以外の電子装置、例えば、電子部品素子としてＩＣ素子や他の圧電素子を用いるようにした電子装置においても本発明は適用可能であり、これら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。
【００３６】
更に、図５はマスター基板１０を封止装置の台座部１１に接触させる様子を示すものである。
【００３７】
また、上述した本発明の実施形態においては、封止装置の熱源として、ハロゲンランプ及びキセノンランプを示したが、カーボン治具等の別の加熱源を用いて封止しても構わず、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。
【００３９】
また、上述した本発明の実施形態において、封止装置の台座部１１に加熱装置が設けられており、前記絶縁基体１に予備加熱を行うようにしても構わない。予備加熱をすることにより、前記絶縁基体１に急激な温度変化がなくなるので、熱応力による絶縁基体１のクラックを防止すること出来るといった効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の製造方法によって製作した水晶振動子（圧電デバイス）を斜め上方からみた概略の分解斜視図である。
【図２】本発明の製造方法によって製作した水晶振動子（圧電デバイス）を側面方向からみた概略の側面断面図である。
【図３】（ａ）乃至（ｃ）は本発明の一実施形態にかかる製造方法を説明するための、斜め上方からみた概略の外観斜視図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態にかかる圧電デバイスの製造方法を説明するための、それぞれ側面方向からみた概略の側面断面図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかるマスター基板を使用した際の製造方法を説明するための、斜め上方からみた概略の斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１・・・絶縁基体
２・・・水晶振動素子（圧電振動素子）
３・・・蓋体
４・・・封止用導体パターン
５・・・外部端子
６・・・搭載パッド
７・・・凹部
８・・・封止材
９・・・導電性接着材
１０・・マスター基板
１１・・台座部
【図１】
0004847735.tif 000002
【図２】
0004847735.tif 000003
【図３】
0004847735.tif 000004
【図４】
0004847735.tif 000005
【図５】
0004847735.tif 000006