(57)【要約】【課題】レーザー光照射によるキャップ型の蓋体とベース基板の接合強度を向上させて、かつ、圧電素子の収容空間内の気密性を高めた圧電デバイスの製造方法を提供することを目的としている。【解決手段】圧電素子２０と、前記圧電素子２０を搭載するベース基板３０と、内側に前記圧電素子２０を覆う凹部４１と、前記凹部４１の周囲を囲うフランジ４２を備え、前記フランジ４２が前記ベース基板３０と接合するキャップ型の蓋体４０と、からなる圧電デバイスの製造方法であって、前記ベース基板３０は、前記蓋体４０との接合部にメタライズ配線３６を形成し、前記メタライズ配線３６に接合材５０を介して前記フランジ４２を接触させて、レーザー光の照射軸が前記蓋体４０の側壁面に沿って平行となるように前記フランジ４２に向けて照射して接合することを特徴とする圧電デバイスの製造方法。【選択図】図１
2013165371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子が搭載されていて、前記圧電素子を平面視で囲むようにメタライズが配置されているベース基板と、フランジを有しているキャップ型の蓋体と、を準備する工程と、
前記フランジが接合材を介して前記メタライズに重なるように、前記蓋体と前記ベース基板とを配置する工程と、
レーザー光の照射軸が前記蓋体の側壁面に平行となるように前記フランジに前記レーザー光を照射して接合する工程と、
を含むことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記側壁面が前記ベース基板に対して垂直に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項３】
更に前記蓋体の側壁面の内側にも前記接合材が配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記ベース基板は、多数個取り用シート基板に複数配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の圧電デバイスの製造方法で製造したことを特徴とする圧電デバイス。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の圧電デバイスの製造方法で製造された圧電デバイスを用いたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に内側に圧電素子の収容空間を有するキャップ型の蓋体を備えた圧電デバイスの製造方法、圧電デバイス、電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子の安定した発振性能を実現させるために、圧電素子を気密状態で収容したベース基板と蓋体からなるパッケージが広く利用されている。このパッケージは、近年の圧電デバイスの小型化の要請から更なる小型化が望まれている。パッケージを構成するベース基板と蓋体の接合は、一般に接合材を加熱溶融させる手法が適用されている。このようなパッケージの構成として、例えば特許文献１，２を挙げることができる。
【０００３】
特許文献１に開示の電子部品収納用パッケージは、電子部品が収容される凹部を備えた絶縁基体と、絶縁基体に形成されたメタライズ層と、メタライズ層に接合された金属枠体とを備えている。そして、メタライズ層は、凹部の周囲に形成された第１の領域と、第１の領域から絶縁基体の外縁に向かって突出した第２の領域と、から構成されている。このような第２の領域の構成により、メタライズ層と絶縁基体との接合面積を増大させることができるとともに、メタライズ層の絶縁基体に対する接合強度を向上させることができる。
【０００４】
特許文献２に開示の中空パッケージは、ガスバリヤ性の優れた熱可塑性樹脂の絶縁容器と絶縁キャップを用いている。そして、回路素子を搭載した絶縁容器の開口に絶縁キャップをカバーし、超音波又はレーザー溶着で密閉シールしている。このような構成により、保管又は実装中の雰囲気ガスによる性能劣化を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−６６６４８号公報
【特許文献２】特開２００４−２３５４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１によれば、平面視で蓋体からはみ出しているメタライズ層の第２の領域によって、電子部品を収容するパッケージの構成が大型化してしまい、圧電デバイスの小型化の要請に反して、圧電素子を収容するパッケージの小型化が図れないという問題があった。
【０００７】
また、特許文献２に開示のキャップ型の蓋体の材質を熱可塑性樹脂に代えて金属材料を用いた場合、レーザー溶接の際にキャップが高温となる。溶接後、常温に冷却したときに熱応力が発生して、メタライズ配線がパッケージから剥離してしまうという問題があった。
【０００８】
図５はキャップ型の蓋体の内部空間側の側壁角度と応力の関係を示すグラフである。同グラフの横軸は、ベース基板に対するキャップ型の蓋体の内部空間側の側壁角度（度）を示し、同グラフの縦軸は、ベース基板に発生する応力（ｋＰａ）を示している。同グラフのプロットは、前記キャップ型の蓋体の内部空間側の側壁角度が３０度、４５度、６０度の場合を示している。そして、レーザー光は、照射軸がベース基板に対して垂直となるように照射している。図グラフによれば、側壁角度が小さいほど、すなわち蓋体の側壁の傾きが緩くなるほど、ベース基板に対する応力が大きくなることが明らかとなった。これは、接合の際にベース基板に対して垂直にレーザー光が照射されると、蓋体の側壁面の傾きが緩いほど、レーザー光の照射面積が大きくなり、加熱されることになる。そうすると、接合時の高温状態から接合後の常温状態へと移行したときに、蓋体の側壁は、ベース基板に対して、水平方向と垂直方向の熱収縮が発生し易くなる。ここで、ベース基板と蓋体とでは材質が異なるため、熱収縮も異なる。このような熱収縮に基づく熱応力により、蓋体とベース基板の接合付近にクラックが発生したり、接合箇所に形成されているメタライズ配線が剥離したりするという問題があった。
【０００９】
そこで、上記従来技術の問題点を解決するため、本発明は、レーザー光の照射によるキャップ型の蓋体とベース基板の接合強度を向上させて、かつ、圧電素子の収容空間内の気密性を高めた圧電デバイスの製造方法、圧電デバイス、電子機器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］圧電素子が搭載されていて、前記圧電素子を平面視で囲むようにメタライズが配置されているベース基板と、フランジを有しているキャップ型の蓋体と、を準備する工程と、前記フランジが接合材を介して前記メタライズに重なるように、前記蓋体と前記ベース基板とを配置する工程と、レーザー光の照射軸が前記蓋体の側壁面に平行となるように前記フランジに前記レーザー光を照射して接合する工程と、を含むことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
これにより、接合時に発生する蓋体の熱収縮に起因するベース基板にかかる応力により、蓋体とベース基板の接合付近のクラックの発生や、メタライズ配線の剥離の発生を効果的に防止することができる。また、蓋体の側壁に形成された接合材が溶融することがなく、接合材の溶融に起因するガスが容器の内部空間で発生することを防止できる。また、ベース基板のクラックの発生や、メタライズ配線の剥離が発生することがなく、パッケージ内部の気密性を高めることができる。
【００１１】
［適用例２］前記側壁面が前記ベース基板に対して垂直に配置されていることを特徴とする適用例１に記載の圧電デバイスの製造方法。
これにより、接合に必要なフランジの幅と、圧電素子の収容容積を確保しながら、パッケージ全体の小型化を図ることができる。また、レーザー光のエネルギー密度を最大限に利用して接合することができるため、生産効率を高めることができる。さらに、接合材に対して容易にレーザー光を照射させることができる。
【００１２】
［適用例３］更に前記蓋体の側壁面の内側にも前記接合材が配置されていることを特徴とする適用例１又は２に記載の圧電デバイスの製造方法。
これにより、蓋体の側壁に形成された接合材がレーザー光の照射によって溶融することがなく、銀ロウなどの接合材の溶融時にガスが発生することを防止できる。
【００１３】
［適用例４］前記ベース基板は、多数個取り用シート基板に複数配置されていることを特徴とする適用例１ないし３のいずれか１例に記載の圧電デバイスの製造方法。
これにより、蓋体の熱収縮に起因する応力がシート基板に発生しなくなり、シート基板の変形を防止することができる。またシート基板のブレイク溝を起点としたクラックの発生を防止することができる。さらに圧電デバイスの製造工程の歩留りを向上させることができる。
【００１４】
［適用例５］適用例１ないし４のいずれか１例に記載の圧電デバイスの製造方法で製造したことを特徴とする圧電デバイス。
これにより、レーザー光の照射によるキャップ型の蓋体とベース基板の接合強度を向上させて、かつ、圧電素子の収容空間内の気密性を高めた圧電デバイスが得られる。
【００１５】
［適用例６］適用例１ないし４のいずれか１例に記載の圧電デバイスの製造方法で製造された圧電デバイスを用いたことを特徴とする電子機器。
これにより、レーザー光の照射によるキャップ型の蓋体とベース基板の接合強度を向上させて、かつ、圧電素子の収容空間内の気密性を高めた圧電デバイスを備えた電子機器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の圧電デバイスの製造方法の説明図である。
【図２】圧電デバイスの分解斜視図である。
【図３】本発明の圧電デバイスの製造方法の変形例１の説明図である。
【図４】本発明の圧電デバイスの製造方法の変形例２の説明図である。
【図５】キャップ型の蓋体の内部空間側の側壁角度と応力の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の圧電デバイスの製造方法、圧電デバイス、電子機器の実施形態について添付の図面を参照しながら、以下詳細に説明する。図１は本発明の圧電デバイスの製造方法の説明図である。図２は圧電デバイスの分解斜視図である。
【００１８】
圧電デバイス１０は、圧電素子２０と、前記圧電素子２０を搭載するベース基板３０と、前記圧電素子２０を覆う凹部４１と、前記凹部４１の周囲を囲うフランジ４２を備え、前記フランジ４２が前記ベース基板３０と接合するキャップ型の蓋体４０と、を主な基本構成としている。
【００１９】
なお、本実施形態中のパッケージとは、ベース基板３０と、このベース基板３０に蓋体４０を固定した構成をさすものとする。
圧電素子２０は、圧電素子２０の振動部が電極の重さによって発振周波数が変化する圧電振動子であればよく、本実施形態では厚みすべりモード（ＡＴカット、ＳＣカット）振動子や屈曲モード（Ｚカット）振動子などが使用可能である。振動部に厚みすべりモードを主振動とするＡＴカット水晶振動子を採用すれば、周波数温度特性が３次曲線となり、上に凸の２次曲線となる音叉型振動子に比べて、周波数温度特性に優れた電子デバイスを実現することができる。圧電素子２０は、材質に、水晶、ＢａＴｉＯ３、ＺｎＯなどを用いることができる。また圧電素子２０の主面には励振電極２２などの電極パターンが形成されている。
【００２０】
ベース基板３０は、圧電素子２０を搭載する平板状の基板である。ベース基板３０は、圧電素子２０の実装面に内部電極３２が形成されている。内部電極３２は、エポキシ系、シリコン系、ポリイミド系などの導電性接着材３３を介して圧電素子２０の配線パターンと電気的に接続している。この他、圧電素子の搭載には導電性接着材３３に代えて、はんだ、バンプなどを適用することもできる。また内部電極３２は、貫通電極３４を介して、ベース基板３０の底面の外部電極３５と電気的に接続させている。これにより外部から印加される駆動電圧によって、圧電素子２０を所定の周波数で振動できるようになっている。ベース基板３０は、材質に、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等の酸化物セラミックス、窒化珪素、窒化アルミ、窒化チタン等の窒化物セラミックス、等の各種セラミックス材料を適用することができる。これにより優れた機械的強度を備えたパッケージを得ることができる。また基板上に設けた電極に対して容易に絶縁することができる。ベース基板３０の材質にセラミックス材料を用いた場合、絶縁性や気密性、及び耐久性に優れているが、封止材として用いられる金属材料に対する濡れ性が低い。このため、ベース基板３０には、蓋体４０との接合箇所にメタライズとなるメタライズ配線３６が形成されている。本実施形態のメタライズ配線３６は、材質に、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）など用いて、ベース基板３０上に搭載した圧電素子２０の周囲を平面視で囲む周状に配置されている。これにより、ベース基板３０と蓋体４０の接合部の濡れ性を向上させることができ、ベース基板３０に蓋体４０を密着させることにより、パッケージの気密信頼性の向上を図ることができる。なお、内部電極３２、外部電極３５、メタライズ配線３６は、スクリーン印刷などにより一括して形成することができる。
【００２１】
蓋体４０は、ステンレス（ＳＵＳ）、コバール等の金属板を用いて、プレス加工によってキャップ型に形成することができる。蓋体４０の表面には、ニッケル、金などの金属被膜がメッキなどにより形成されている。蓋体４０は、圧電素子２０を覆う凹部４１の外周にフランジ（つば部）４２を備えたキャップ型（帽子状）に形成され、このフランジ４２を介してベース基板３０に接合される。凹部４１は側壁４５と天井面４３から構成されている。また図１に示す蓋体４０は、天井面４３とフランジ４２が平行に形成され、側壁４５の壁面が天井面４３及びフランジ４２に対して直交するように形成されている。換言すれば、蓋体４０は、ベース基板３０と接合してベース基板３０を水平に配置したとき、側壁４５がベース基板３０に対して垂直（側壁角度が９０度）となるように形成されている。このような構成の蓋体４０は、ベース基板３０の接合箇所にフランジ４２を接合させると、ベース基板３０に対して下向きに凹状となる圧電素子２０を覆う収容空間が形成される。
【００２２】
接合材５０は、材質に銀ロウ、銅ロウ、金錫などのロウ材を用いている。本実施形態の接合材５０は、圧電素子２０の収容空間を形成するキャップ型の蓋体４０の内側及びフランジ４２の全面に形成されている。これにより、接合材５０を蓋体４０に容易に形成することができる。この他、接合材５０は、メタライズ配線３６上に形成された構成であってもよい。
【００２３】
次ぎに、上記構成による本発明の圧電デバイスの製造方法について以下説明する。図１に示すように、圧電素子２０が搭載されたベース基板３０の接合箇所となるメタライズ配線３６上に蓋体４０のフランジ４２を接合材を介して重なるように接触させる。ベース基板３０上に配置された蓋体４０の側壁４５は、ベース基板３０に対して垂直（側壁角度が９０度）に配置される。そして、レーザーガン６０から照射されるレーザー光の照射軸が、ベース基板３０に対して垂直（照射角度が９０度）となるようにして、照射中心がフランジ４２に当たるように配置する。次にレーザーガン６０からフランジ４２に向けてレーザー光を照射する。蓋体４０の側壁４５の側壁面は、レーザー光の照射軸と平行となり、側壁４５及び側壁面に形成された接合材５０が加熱されることがない。レーザー光の照射軸に対して交差する位置にあるフランジ４２とメタライズ配線３６の間の接合材５０（矢印Ａ）と、蓋体４０の天井面４３に形成された接合材５０の一部（矢印Ｂ）がレーザー光の照射により所定温度で加熱溶融される。そして、フランジ４２とメタライズ配線３６が接合材５０を介して接合される。
【００２４】
このような本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、接合時に発生する蓋体の熱収縮に起因するベース基板にかかる応力により、蓋体とベース基板の接合付近のクラックの発生や、メタライズ配線の剥離の発生を効果的に防止することができる。また、蓋体の側壁に形成された接合材が溶融することがなく、接合材に起因するガスがパッケージの内部空間で発生することを防止できる。また、ベース基板のクラックの発生や、メタライズ配線の剥離が発生することがなく、パッケージ内部の気密性を高めることができる。
【００２５】
図３は本発明の圧電デバイスの製造方法の変形例１の説明図である。変形例１の圧電デバイス１０Ａは、蓋体４０Ａの側壁４５Ａの壁面がベース基板３０に対して所定の壁面角度となるように傾斜させている。具体的に図３に示す蓋体４０Ａの側壁４５Ａの壁面は、ベース基板３０に対して、内部空間側の側壁角度が鋭角（＜９０度）となるように傾斜させている。
【００２６】
このような構成の圧電デバイス１０Ａの製造方法は、圧電素子２０が搭載されたベース基板３０の接合箇所となるメタライズ配線３６上に蓋体４０Ａのフランジ４２を接触させる。ベース基板３０上に配置された蓋体４０Ａの側壁４５Ａは、ベース基板３０に対して、内部空間側の側壁角度が鋭角（＜９０度）に配置される。そして、レーザーガン６０Ａから照射されるレーザー光の照射軸が、ベース基板３０に対して、内部空間側の側壁４５Ａと同じ鋭角（＜９０度）となるようにして、照射中心がフランジ４２に当たるように配置する。次にレーザーガン６０Ａからフランジ４２に向けてレーザー光を照射する。蓋体４０Ａの側壁４５Ａの側壁面は、レーザー光の照射軸と平行となり、側壁４５Ａ及び壁面に形成された接合材５０が加熱されることがない。レーザー光の照射軸に対して交差する位置にあるフランジ４２とメタライズ配線３６の間の接合材５０（矢印Ｃ）と、蓋体４０Ａの天井面４３に形成された接合材５０の一部（矢印Ｄ）がレーザー光の照射により所定温度で加熱溶融される。そして、フランジ４２とメタライズ配線３６が接合材５０を介して接合される。
【００２７】
このような変形例１の圧電デバイスの製造方法によっても、接合時に発生する蓋体の熱収縮に起因するベース基板にかかる応力により、蓋体とベース基板の接合付近のクラックの発生や、メタライズ配線の剥離の発生を効果的に防止することができる。また、蓋体の側壁に形成された接合材が溶融することがなく、接合材に起因するガスがパッケージの内部空間で発生することを防止できる。また、ベース基板のクラックの発生や、メタライズ配線の剥離が発生することがなく、パッケージ内部の気密性を高めることができる。
【００２８】
次に圧電デバイスをシート基板レベルで接合する方法について説明する。図４は本発明の圧電デバイスの製造方法の変形例２の説明図である。図示のように変形例２の圧電デバイスは、個片化される前の状態であり、ベース基板３０Ａが多数個取り用シート基板７０上に複数整列して配置されている。そして隣接するベース基板３０Ａ同士の間には、個片化するときの起点となるブレイク溝７２が形成されている。このような構成の多数個取り用シート基板７０には、圧電デバイスを多数個取りするように、多数の領域が設定され、それぞれの領域は、図１又は図３に示すような圧電デバイスの接合する工程まで製造が行われる。レーザーガン６０Ｂから照射されるレーザー光は、照射軸が蓋体４０の内部空間側の側壁と同じ角度となるようにして、照射中心がフランジに当たるようにしている。このため、接合時に発生する蓋体の熱収縮に起因するベース基板にかかる応力により、蓋体とベース基板の接合付近のクラックの発生や、メタライズ配線の剥離の発生を効果的に防止することができる。また、蓋体の側壁に形成された接合材が溶融することがなく、接合材に起因するガスがパッケージの内部空間で発生することを防止できる。また、ベース基板のクラックの発生や、メタライズ配線の剥離が発生することがなく、パッケージ内部の気密性を高めることができる。また、蓋体の熱収縮に起因する応力がシート基板に発生しなくなり、シート基板の変形を防止することができる。またシート基板のブレイク溝を起点としたクラックの発生を防止することができる。さらに圧電デバイスの製造工程の歩留りを向上させることができる。
【００２９】
その後、ブレイク溝を基準として個片化し、圧電デバイスを得ている。
上記圧電デバイスの製造方法で接合された圧電デバイスを用いてパッケージ容器の気密封止工程を経れば力検出センサーなどの圧電デバイスを製造することができる。
【００３０】
また、上記の圧電デバイスの製造方法で接合された圧電デバイスを用いて、パーソナルコンピュータ、携帯電話機、デジタルスチルカメラ、カーナビゲーション装置、ゲームコントローラー、時計などの電子機器を製造することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１０………圧電デバイス、２０………圧電素子、２２………励振電極、３０，３０Ａ………ベース基板、３２………内部電極、３３………導電性接着材、３４………貫通電極、３５………外部電極、３６………メタライズ配線、４０，４０Ａ………蓋体、４１………凹部、４２………フランジ、４３………天井面、４５，４５Ａ………側壁、５０………接合材、６０，６０Ａ………レーザーガン、７０………多数個取り用シート基板、７２………ブレイク溝。
【図２】
2013165371.tif 000003
【図１】
2013165371.tif 000004
【図３】
2013165371.tif 000005
【図４】
2013165371.tif 000006
【図５】
2013165371.tif 000007