(57)【要約】【課題】製造歩留まりを高めて、生産性を向上させることができる水晶振動子の製造方法を提供する。【解決手段】基体の表面に環状の導体パターンを被着させるとともに、該導体パターンの内側に、上面に振動電極を有した水晶振動素子を搭載する工程Ａと、前記水晶振動素子に電圧を印加して厚みすべり振動させ、その周波数を測定しながら、前記振動電極の表面ならびに前記導体パターンの表面にイオンビームを同時に照射することにより、前記水晶振動素子の周波数調整を行うとともに、前記導体パターン表面の酸化膜を除去する工程Ｂと、前記導体パターンに対し前記水晶振動素子を被覆するようにして金属製の蓋体を接合する工程Ｃとによって水晶振動子を製造する。【選択図】図３
2005341429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体の表面に環状の導体パターンを被着させるとともに、該導体パターンの内側に、上面に振動電極を有した水晶振動素子を搭載する工程Ａと、
前記水晶振動素子に電圧を印加して振動を起こさせ、その周波数を測定しながら、前記振動電極の表面ならびに前記導体パターンの表面にイオンビームを同時に照射することにより、前記水晶振動素子の周波数調整を行うとともに、前記導体パターン表面の酸化膜を除去する工程Ｂと、
前記導体パターンに対し前記水晶振動素子を被覆するようにして金属製の蓋体を接合する工程Ｃとを含む水晶振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信機器や電子機器等のタイミングデバイスとして用いられる水晶振動子の製造方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タイミングデバイスとして水晶振動子が用いられている。
【０００３】
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、アルミナセラミックス等から成る容器体２１の上面に凹部２２を形成するとともに、該凹部２２の底面に水晶振動素子２３を搭載し、更に前記容器体２１上に、凹部２２の開口部を塞ぐようにして金属製の蓋体２４を取着・接合して、水晶振動素子２３を凹部２２の内面と蓋体２４の下面とで囲まれた領域内に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。）。
【０００４】
また、上述した水晶振動子は、先ず、水晶振動素子２３を容器体２１の凹部底面にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含む導電性接着材を用いて実装し、次に水晶振動素子２３の周波数調整を行い、最後に蓋体２４を容器体２１の上面に載置させた上、その外周部を容器体２１の上面に設けられている導体パターンに従来周知のシーム溶接等で接合することにより製造される。
【０００５】
尚、水晶振動素子２３の周波数を調整するための方法としては、水晶振動素子２３の振動電極間に所定の電圧を印加して水晶振動素子２３に厚みすべり振動を起こさせながら、その周波数を測定し、該測定値が所定の値となるまで水晶振動素子２３の振動電極にイオンビームを照射させることによって振動電極の表面を削り取るといった手法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００１−２７４６４９号公報
【特許文献２】特開平９−３２１５６３号公報
【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、上述した従来の水晶振動子においては、その製造工程中、特に水晶振動素子２３を樹脂製の導電性接着材を用いて実装する際に、導電性接着剤を熱硬化させる際に発生するシロキサンガス等が導体パターンに接触して導体パターンの表面に酸化膜を形成してしまうことがある。その場合、導体パターンの表面に接合材が濡れにくくなることから、蓋体２４を容器体２１に対して良好に接合させることが困難になり、その結果、接合不良が多発して製造歩留まりが低下するという欠点を有していた。
【０００７】
そこで上記欠点を解消するために、蓋体２４で凹部２２の開口部を塞ぐ前に、容器体２１上に導体パターンの表面のみを露出させるようなマスクを配置させた上、導体パターン表面の酸化膜をドライエッチング等によって除去することが考えられる。
【０００８】
しかしながら、上述した如く導体パターン表面の酸化膜を除去する場合、酸化膜を除去するためのドライエッチング工程等が別途必要になることから、水晶振動素子の生産性が低下するという欠点が誘発される。
【０００９】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、製造歩留まりを高めて、生産性を向上させることができる水晶振動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】
【００１０】
本発明の水晶振動子の製造方法は、基体の表面に環状の導体パターンを被着させるとともに、該導体パターンの内側に、上面に振動電極を有した水晶振動素子を搭載する工程Ａと、前記水晶振動素子に電圧を印加して厚みすべり振動させ、その周波数を測定しながら、前記振動電極の表面ならびに前記導体パターンの表面にイオンビームを同時に照射することにより、前記水晶振動素子の周波数調整を行うとともに、前記導体パターン表面の酸化膜を除去する工程Ｂと、前記導体パターンに対し前記水晶振動素子を被覆するようにして金属製の蓋体を接合する工程Ｃとを含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の水晶振動子の製造方法によれば、水晶振動素子の振動電極表面と基体上面の接合用導体パターンにイオンビームを同時に照射することにより、水晶振動素子の周波数調整を行うとともに、導体パターン表面の酸化膜を除去するようにしたことから、かかる導体パターンを用いて蓋体を基体に対し良好に接合させることができるようになり、これによって水晶振動子の製造歩留まりを向上させることが可能となる。
【００１２】
しかもこの場合、導体パターンの表面より酸化膜を除去するために別途、工程が追加する必要はないことから、工数の増加が有効に防止されることとなり、水晶振動子の生産性を高く維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の製造方法によって製作した水晶振動子の分解斜視図、図２は図１の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、基体としての容器体１と、水晶振動素子５と、蓋体４とで構成されている。
【００１５】
前記容器体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り、上面の中央域には凹部１ａが設けられ、更に凹部１ａの開口部の外方に位置する容器体１の上面には凹部１ａの開口部を囲繞するようにして環状の導体パターン２が被着されている。
【００１６】
前記容器体１は、凹部１ａ内に水晶振動素子５を収容するためのものであり、その下面には複数個の外部端子７が、凹部１ａの底面には水晶振動素子５の振動電極に接続される一対の搭載パッド等が設けられており、外部端子７は水晶振動子をマザーボード等の外部回路基板に搭載する際、外部回路基板と電気的に接続するための端子として機能し、これらの外部端子７と凹部底面の搭載パッド等は容器体表面の配線導体や容器体内部に埋設されているビアホール導体等を介して相互に電気的に接続される。
【００１７】
また前記導体パターン２は、例えば、タングステン、モリブデン等から成るメタライズ層（厚み：１０μｍ〜２０μｍ）の上面にニッケル層（厚み：２μｍ〜６μｍ）および金層（厚み：０．７μｍ〜１．４μｍ）を順次、被着・形成して成り、その表面には後述する蓋体４の下面が接合材を介して接合される。
【００１８】
また、前記容器体１の上面に設けられている凹部１ａの底面には、水晶振動素子５が搭載されている。
【００１９】
前記水晶振動素子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振動電極を被着・形成した構造を有し、一対の振動電極を導電性接合材６を介して凹部底面の対応する搭載パッドに電気的に接続させることによって容器体１の凹部底面に搭載され、これによって水晶振動素子５と容器体１とが電気的・機械的に接続される。
【００２０】
かかる水晶振動素子５は、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。
【００２１】
そして、先に述べた容器体１の上面には、凹部１ａの開口部を塞ぐようにして蓋体４が取着されている。
【００２２】
前記蓋体４は、４２アロイやコバール、リン青銅等の金属によって平板状をなすように形成されており、その下面外周部を容器体上面の導体パターン２に対し接合させることによって容器体１の上面に取着され、凹部１ａの内面と蓋体４の下面とで囲まれた領域内に前記水晶振動素子５が収納される。尚、前記蓋体４と容器体１とは、例えば、金８０％、錫２０％の組成比率を有したろう材層３を介して接合される。
【００２３】
また、このような蓋体４は、容器体１の配線導体等を介してグランド端子用の外部端子７に接続させておくことが好ましく、そのようになしておくことにより、水晶振動子の使用時、蓋体４がアースされてシールド機能が付与されるようになり、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できる。従って、蓋体４は容器体１の配線導体を介してグランド端子用の外部端子７に接続させておくことが好ましい。
【００２４】
かくして上述した水晶振動子は、容器体１の下面に設けられている入出力端子を介して水晶振動素子５の振動電極間に外部からの変動電圧を印加し、水晶振動素子５を所定の周波数で厚みすべり振動させることによって水晶振動子として機能する。そして、このような水晶振動子の周波数に基づいて外部の発振回路で生成・出力された発振信号は、例えば、携帯用通信機器等の電子機器における基準信号（クロック信号）として利用されることとなる。
【００２５】
次に上述した水晶振動子の製造方法について図３を用いて説明する。
【００２６】
（工程Ａ）
まず、中央域に凹部１ａが設けられている容器体１の上面に前記凹部１ａの開口部を囲繞するようにして環状の導体パターン２を被着させ、該導体パターン２の内側に位置する凹部１ａの底面に水晶振動素子５を搭載する。
【００２７】
前記容器体１は、例えば、ガラス−セラミック等のセラミック材料から成る場合、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ガラス粉末、有機溶剤、有機バインダ等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートの表面等に配線導体とな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積層体を形成し、これをプレス成形した後、高温で焼成することによって製作される。尚、前記凹部１ａは、前記積層体の上部に配されるセラミックグリーンシートに略矩形状の貫通穴を穿設しておくことにより形成される。
【００２８】
また、前記導体パターン２は、例えば、タングステン（Ｗ）または、モリブデン（Ｍｏ）等の金属を主成分とする導体ペーストを前記容器体１の上面に従来周知のスクリーン印刷等により所定パターンに塗布して高温で焼き付けた後、その表面に従来周知の無電解めっき法や電解めっき法等によってニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層を順次、被着させることによって形成される。
【００２９】
一方、前記水晶振動素子５は、その両主面に設けられている振動電極の一端が容器体１の凹部底面１ａ内に設けられている搭載パッドに導電性接着剤６を介して対向するようにして凹部１ａ内の所定位置に載置させ、しかる後、前記導電性接着剤６を加熱・硬化させることによって容器体１の凹部１ａ内に搭載され、これによって水晶振動素子５と容器体１とが電気的・機械的に接続される。
【００３０】
このとき、導電性接着剤６の熱硬化に伴って、導電性接着剤６よりシロキサンガス等が発生するようになっており、このシロキサンガス等が導体パターン２に接触することで導体パターン２の表面に酸化膜が形成されることがある。
【００３１】
（工程Ｂ）
次に、前記水晶振動素子５に所定の電圧を印加して厚みすべり振動を起こさせ、その周波数を測定しながら、水晶振動素子５の振動電極表面ならびに容器体上面の導体パターン表面にイオンビームを同時に照射することにより、水晶振動素子５の周波数調整を行うとともに、導体パターン表面の酸化膜を除去する。
【００３２】
上述したイオンビームの照射は、容器体１上に、水晶振動素子５の振動電極と容器体１の導体パターン２の双方を一部もしくは全部露出させるような窓部を有したマスクを配置させた状態で行われ、イオンガンの内部にアルゴン（Ａｒ）ガスを導入した上、熱陰極を通電加熱して、熱陰極と陽極との間の直流放電によるＡｒプラズマを生成するとともに、高圧電源によってグリッドに対し電圧を印加することによってＡｒ＋のイオンビームが発生する。このイオンビームを水晶振動素子５の振動電極と導体パターン２の双方に同時に照射させることにより、振動電極の質量が減少する方向に変動して水晶振動子の周波数が変化し、水晶振動子の周波数が所望する特性となるように調整されるとともに、導体パターン２の表面に形成された酸化膜（金属酸化物）がＡｒ＋の照射によって削り取られ、導体パターン２の表面が蓋体４の接合に適した状態となる。
【００３３】
この場合、導体パターン２の表面より酸化膜を除去するために、従来例に比し、別途、工程を追加する必要がないことから、工数の増加が有効に防止されることとなり、水晶振動子の生産性が高く維持されるようになる。
【００３４】
尚、イオンビームの照射による導体パターン２の除去量は、導体パターン２の濡れ性改善と、エッチングによって削られた導体パターン２の一部が振動電極の表面に再付着するのを防ぐという２つの観点から、表面からの厚みで９Å〜１３０Åに設定しておくことが好ましい。
【００３５】
（工程Ｃ）
そして最後に、容器体１の導体パターン２に対し、凹部１ａ内の水晶振動素子５が被覆されるようにして金属製の蓋体４を接合し、凹部１ａの開口部を蓋体４で塞ぐ。
【００３６】
前記蓋体４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し、外形加工することによって製作され、かかる蓋体４の下面には、ニッケル（Ｎｉ）層、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層が順次、被着形成される。かかる金錫層は蓋体４を容器体１に対して接合するためのろう材層３として機能するものであり、金錫の組成比率は、例えば、金８０％、錫２０％に設定され、その厚みは、例えば、１０μｍ〜３０μｍに設定される。
【００３７】
このような蓋体４を、凹部１ａの開口部を塞ぐようにして容器体１上に載置させ、しかる後、前記ろう材層３を高温で加熱・溶融させることによりろう材層３が容器体１の導体パターン２に接合され、これによって蓋体４が容器体１に取着・固定され、製品としての水晶振動子が完成する。
【００３８】
このとき、導体パターン２の表面は、先に述べた工程Ｂにおけるイオンビームの照射によって酸化膜の殆どない良好な状態となしてあるため、導体パターン２に対するろう材３の濡れ性は極めて良好であり、蓋体４を容器体１の上面に対し確実に接合させることができる。これによって水晶振動子の製造歩留まりを向上させることが可能となる。
【００３９】
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、改良が可能である。
【００４０】
例えば、上述した実施形態においては、電力の印加に伴い厚みすべり振動を起こすタイプの水晶振動素子５を用いるようにしたが、これに代えて、電力の印加に伴い弾性表面波を発生させるタイプの水晶振動素子５を用いても同様の効果を奏するものである。
【００４１】
また上述した実施形態においては、上面の中央に凹部１ａを有した容器体１を基体として用いるようにしたが、これに代えて、凹部の存在しない平板状の基板を基体として用いても良い。この場合、水晶振動素子５は基板上面の中央域に搭載され、前記基板の上面には水晶振動素子５を囲繞するようにして環状の導体パターン２が被着・形成される。
【００４２】
更に上述した実施形態においては、基体（容器体１）の導体パターン２を蓋体４に対して直接、接合させるようにしたが、これに代えて、導体パターン２に対して金属製のシールリングを接合させ、該シールリングに従来周知のシーム溶接等によって蓋体４を接合させるようにしても構わない。
【００４３】
また更に上述した実施形態において、水晶振動子を多数個取りの手法によって製造したり、上述の水晶振動子が全体の一部を構成する水晶発振器等に用いても良いことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の製造方法によって製作した水晶振動子の分解斜視図である。
【図２】図１の水晶振動子の断面図である。
【図３】本発明の水晶振動子の製造方法を説明するための工程毎の断面図である。
【図４】従来の水晶振動子の断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１・・・容器体
１ａ・・・凹部
２・・・導体パターン
３・・・ろう材層
４・・・蓋体
５・・・水晶振動素子
６・・・導電性接着剤
７・・・外部端子
【図１】
2005341429.tif 000003
【図２】
2005341429.tif 000004
【図３】
2005341429.tif 000005
【図４】
2005341429.tif 000006