(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を透過させる部材から構成された透過窓が下端部に設けられ、昇降自在に支持された加圧治具と、
該加圧治具を昇降制御して、水晶振動子が収納されたパッケージと、裏面にハンダ層が形成されたリッドとを加圧させる昇降制御手段と
を備え、
前記透過窓の下面の内、レーザ光が照射されない部分にスペーサを設け、加圧状態において、前記透過窓の下面が前記リッドの表面に当接しないようにし、
前記透過窓を介してレーザ光を前記リッドの表面上に照射し、前記パッケージと前記リッドとの接合部のハンダ層を溶融させて前記パッケージと前記リッドとを接合することを特徴とする水晶振動子の製造装置。
【請求項２】
レーザ光を透過させる部材から構成された透過窓が下端部に設けられ、昇降自在に支持された加圧治具と、
該加圧治具を昇降制御して、水晶振動子が収納されたパッケージと、裏面にハンダ層が形成されたリッドとを加圧させる昇降制御手段と
を備え、
前記透過窓の下面の内、レーザ光が照射される部分に溝を設け、加圧状態において、前記透過窓の下面がレーザ光が照射されるリッドの表面部分に当接しないようにし、
前記透過窓を介してレーザ光を前記リッドの表面上に照射し、前記パッケージと前記リッドとの接合部のハンダ層を溶融させて前記パッケージと前記リッドとを接合することを特徴とする水晶振動子の製造装置。
【請求項３】
レーザ光を透過させる部材から構成された透過窓が下端部に設けられ、昇降自在に支持された加圧治具と、
該加圧治具を昇降制御して、水晶振動子が収納されたパッケージと、裏面にハンダ層が形成されたリッドとを加圧させる昇降制御手段と
を備え、
前記透過窓の下面に凹部を設けて、加圧状態において、前記透過窓の下面とリッドの表面との当接面積を減少させ、
前記透過窓を介してレーザ光を前記リッドの表面上に照射し、前記パッケージと前記リッドとの接合部のハンダ層を溶融させて前記パッケージと前記リッドとを接合することを特徴とする水晶振動子の製造装置。
【請求項４】
前記レーザ光を走査して前記リッドの表面上に照射させる走査手段を更に有することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の水晶振動子の製造装置。
【請求項５】
前記走査手段は、レーザ光を走査してレンズを介して前記リッドの表面上に照射させることを特徴とする請求項４記載の水晶振動子の製造装置。
【請求項６】
前記透過窓の上部に設けられ、レーザ光を回折制御する位相格子を更に有することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の水晶振動子の製造装置。
【請求項７】
前記加圧治具を気密に構成し、前記透過窓に吸引用の孔を設けるとともに、前記加圧治具の壁に真空吸引用の孔を設け、前記真空吸引用の孔から真空吸引して、前記リッドを前記透過窓に吸着させることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の水晶振動子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水晶振動子の製造装置、特にパッケージとリッドとの接合に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化により電子部品の微細化が要求されている。電子部品に内蔵される水晶振動子もその要求が強く、水晶振動子片を薄型のパッケージに封入する方法が検討されている。パッケージは、セラミックスのパッケージに水晶振動子片をマウントしてリッドと呼ばれる蓋で封止する構造になっている。封止の方法としてはシーム溶接が一般的であるが、ハンダによる接合も検討されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の封止方法においては次のような問題がある。
▲１▼シーム溶接の場合：
・溶接媒体としてコバールリングが必要であるが、リング形状に成形する必要があることから、そのコストが高い。
・加工速度が遅く、生産性が悪い。
・シーム溶接を行うための装置が高額である。
・真空中での接合ができない（パッケージ内部を真空にできないため、音叉型振動子には適用できない）。
【０００４】
▲２▼電子ビーム（ＥＢ）加熱の場合（ハンダ接合）
・接合前にリッドを加圧密着させると、真空雰囲気に投入してもパッケージ内部が十分な真空にならない可能性がある。
・パッケージのセラミックスに熱的なダメージが入りクラックが発生する。
・パッケージ毎に加圧構造（加圧治具）が必要である。
・ビームスキャンのために処理速度に限界がある。
【０００５】
▲３▼パッケージ全体加熱の場合（ハンダ接合）
・パッケージ全体を加熱すると、水晶振動子片にも熱が加わり、封止後に周波数がシフトしてしまう。
【０００６】
本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、生産性の向上、部品コストの低減、信頼性又は特性の向上を図った水晶振動子の製造装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る水晶振動子の製造装置は、レーザ光を透過させる部材から構成された透過窓が下端部に設けられ、昇降自在に支持された加圧治具と、該加圧治具を昇降制御して、水晶振動子が収納されたパッケージと、裏面にハンダ層が形成されたリッドとを加圧させる昇降制御手段と、前記レーザ光を走査して前記リッドの表面上に照射させる走査手段とを備え、前記透過窓の下面の内、レーザ光が照射されない部分にスペーサを設け、加圧状態において、前記透過窓の下面が前記リッドの表面に当接しないようにし、前記透過窓を介してレーザ光を前記リッドの表面上に照射し、前記パッケージと前記リッドとの接合部のハンダ層を溶融させて前記パッケージと前記リッドとを接合するものである。
また、本発明に係る水晶振動子の製造装置は、前記透過窓の下面の内、レーザ光が照射されない部分にスペーサを設ける代わりに、レーザ光が照射される部分に溝を設け、加圧状態において、前記透過窓の下面がレーザ光が照射されるリッドの表面部分に当接しないようにしたものである。
また、本発明に係る水晶振動子の製造装置は、前記透過窓の下面の内レーザ光が照射されない部分にスペーサを設ける代わりに、前記透過窓の下面に凹部を設けて、加圧状態において、前記透過窓の下面とリッドの表面との当接面積を減少させたものである。
【００１３】
本発明においては、次のような効果が得られる。
・レーザ光を用いてパッケージとリッドとの接合部を局所的に加熱してハンダ層を溶融させて接合するので、水晶振動子片に熱が伝わりづらく、封止後に周波数がシフトするおそれが少なくなっており、信頼性が向上している。
・照射エネルギー（パルスエネルギー）を高精度に制御できるので接合に最適な条件が得やすく、この点からも信頼性及び特性の向上が期待できる。
・接合媒体はハンダ層で良く、コバールリングのようにコストが高くない。従って、部品コストの低減が可能になっている。
・シーム溶接の場合と異なり、ハンダのみの溶融のため溶接痕が発生せず、外観がきれいである。
・加圧治具に透過窓を設けてレーザ光を透過させるようにしたことから、加圧治具とレーザ光の光学系と一体化することができる。このため、加圧治具と光学系とを別体にした場合に必要となる、パーケージ毎に密着させるための構造の治具（例えば締め付けネジ）が不要となり、そして、加工治具の昇降のみで加圧することができるので迅速な処理ができ、生産性が向上する、という効果が得られる。更に、加工治具の構成は簡単な構造からなり、安価に装置を構成することができる。
・加圧治具への熱拡散が低減でき、接合の信頼性が向上する。
【００１４】
また、本発明に係る水晶振動子の製造装置は、レーザ光を走査してリッドの表面上に照射させる走査手段、又はレーザ光を走査してレンズを介してリッドの表面上に照射させる走査手段を更に備えたものである。本発明においては、上記のような走査手段を用いることで、レーザ光の照射エネルギーを効果的に利用することができる。
【００１５】
また、本発明に係る水晶振動子の製造装置において、透過窓の上部に設けられ、レーザ光を回折制御する位相格子を更に備えたものである。本発明においては、このように位相格子を用いて回折パターンを形成して必要な部分のみを一斉に照射するようにしたことから、マスクによるビーム成形ではないのでレーザ光のロスが極めて少なく、更に、均一な接合が迅速に得られ、生産性の向上が図られるという効果が得られる。
【００１７】
また、本発明に係る水晶振動子の製造装置は、加圧治具を気密に構成し、透過窓に吸引用の孔を設けるとともに、加圧治具の壁に真空吸引用の孔を設け、真空吸引用の孔から真空吸引して、リッドを透過窓に吸着させるものである。本発明おいては、このように加圧治具に吸引チャック機能をもたせているので、リッド毎のハンドリングができる、という効果が得られる。但し、この場合には大気圧レベル（雰囲気は例えばＮ2 パージ）での接合となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施形態１．
図１は本発明の実施形態１に係る水晶振動子の製造装置の説明図、図２（Ａ）（Ｂ）は製造後の水晶振動子の説明図であり、図２（Ａ）は斜視図、図２（Ｂ）はその断面図である。
【００１９】
図２（Ａ）（Ｂ）に示されるように、水晶振動子１はそのパッケージ１０が例えばセラミックスからなり、その内部に水晶振動子片１２が固定されている。このパッケージ１０はリッド１４により覆われており、リッド１４はコバール製の蓋であり、接合面にはハンダメッキ（本発明のハンダ層に相当する）１６が施されており、後述する方法によりレーザ光がパッケージ１０とリッド１４との接合部（両者を接合する箇所）１８に対応した、リッド１４の表面に照射される。そして、その接合部１８が加熱されてその部分のハンダメッキ１６が溶融し、パッケージ１０とリッド１４とが接合される。この接合部１８のパッケージ１０とリッド１４との間には、図示のように、ハンダメッキ１６が溶融してハンダの層２０が形成されることになる。
【００２０】
ここで、図１に戻って図２の水晶振動子の製造方法について説明する。図２の水晶振動子片１２が収納されたパッケージ１０とリッド１４とからなる接合前の水晶振動子２２を加圧治具（ベース）３０と加圧治具（ガラス製）３２との間に配置し、加圧治具（ベース）３０と加圧治具（ガラス製）３２とを締め付けネジ３４により締め付けてパーケージ１０とリッド１４とを加圧する。この加圧状態において、レンズ３６を介してレーザ光３８をレーザ光走査手段（図示せず）によりスキャンしながら接合部１８に対応したリッド１４の表面を照射する。この照射によって、接合部１８のハンダメッキ１６が加熱されて溶融し、パッケージ１０とリッド１４とが接合され、図２の水晶振動子１が得られる。なお、この接合処理は、加工雰囲気が制限されず、真空中でも大気圧中でもできる。
【００２１】
実施形態２．
図３（Ａ）（Ｂ）は本発明の実施形態２に係る水晶振動子の製造装置の説明図である。この実施形態２において、加圧治具４０は上下方向に移動自在に支持されており、下端部にはレーザ光を透過させる材料からなるガラス窓４２が設けられており、そして、ガラス窓４２の上部にはレンズ３６が設けられている。加圧治具４０を同図（Ａ）の状態から、図示しない昇降制御手段により下降して同図（Ｂ）の状態に移行し、ガラス窓４２により水晶振動子２２を加圧する。そして、この加圧状態において、レンズ３６を介してレーザ光３８をレーザ光走査手段（図示せず）によりスキャンしながら接合部１８に対応したリッド１４の表面を照射する。この照射によって、接合部１８のハンダメッキ１６が加熱されて溶融し、パッケージ１０とリッド１４とが接合されて図２の水晶振動子１が得られる。
【００２２】
実施形態３．
図４は本発明の実施形態３に係る水晶振動子の製造装置の説明図である。この実施形態４においては、図３の加圧治具４０レンズ３６の上部に位相格子４４が配置されている。この位相格子４４はレーザビーム３９をリッド形状の沿った矩形形状の回折ビーム３９ａにするためのものである。
【００２３】
図５は図４の回折ビーム３９ａの説明図である。レーザビーム３９は位相格子４４により回折されて回折ビーム３９ａとなり、接合部１８に対応した帯状の矩形形状の回折パターン３９ｂがリッド１４上に生成される。なお、このような回折パターン３９ｂを生成するための位相格子４４はについては、「APPLIED OPTICS」Vol.26,No.14/15 July 1987 「Synthesis of digital holograms by direct binary search」にその詳細が開示されている。この位相格子４４を製造するに際しては、この文献に開示されている方法に基づいて位相分布を得て、その位相分布に基づいてＣＡＤデータを作成し、マスクの作成、レジスト露光及びイオンエッチングという処理を経て位相格子を製造する。
【００２４】
図６はそのようにして製造された位相格子４４の一例を示した平面図である。図６において、その黒い部分は位相値が０ラジアン、白い部分はπラジアンを示している。
【００２５】
実施形態４．
図７（Ａ）（Ｂ）は本発明の実施形態４に係る水晶振動子の製造装置の説明図である。この実施形態４においては図３の加圧治具４０のガラス窓４２の下面にスペーサ４６を設けている。即ち、このスペーサ４６は、接合部１８に対応したリッド１４の表面１４ａを避けるようにして配置されており、加圧治具４０を同図（Ａ）の状態から下降して同図（Ｂ）に状態に移行したとき、スペーサ４６によって水晶振動子２２を加圧するが、スペーサ４６は上記のリッド１４の表面１４ａに当接することはない。このため、加圧状態において、レンズ３６を介してレーザ光３８をスキャンしながら接合部１８を加熱したとき、上記のリッド１４の表面１４ａにはスペーサ４６が接触しないので、接合部１８におけるレーザ光による熱が加圧工具４０へ拡散するのを軽減させることができる。
【００２６】
実施形態５．
図８（Ａ）（Ｂ）は本発明の実施形態５に係る水晶振動子の製造装置の説明図であり、図８（Ｃ）は図８（Ａ）の矢印Ｆの方向から見たガラス窓の図である。この実施形態５においては図３の加圧治具４０のガラス窓４２に溝４２ａを設けている。即ち、この溝４２ａは、接合部１８に対応したリッド１４の表面１４ａを避けるようにして設けられており、加圧治具４０を同図（Ａ）の状態から下降して同図（Ｂ）に状態に移行したとき、ガラス窓４２によって水晶振動子２２を加圧するが、溝４２ａがあるのでガラス窓４２がリッド１４の表面１４ａに当接することはない。このため、加圧状態において、レンズ３６を介してレーザ光３８をスキャンしながら接合部１８を加熱したとき、上記のリッド１４の表面１４ａにはガラス窓４２が接触しないので、接合部１８におけるレーザ光による熱が加圧工具４０へ拡散するのを軽減させることができる。なお、ガラス窓４２の溝４２ａは鏡面が好ましいが、なし地でもあっても光の散乱で８割程度はリッド１４の表面にエネルギーが照射できるので、接合部１８に対する加熱、接合は可能である。
【００２７】
実施形態６．
図９（Ａ）（Ｂ）は本発明の実施形態６に係る水晶振動子の製造装置の説明図であり、図９（Ｃ）は図９（Ａ）の矢印Ｆの方向から見たガラス窓の図である。この実施形態５においては図３の加圧治具４０のガラス窓４２に図９（Ｃ）に示される形状の凹部４２ｂを設けている。即ち、この凹部４２ｂは、ガラス窓４２がリッド１４の表面に接触する面積を少なくするために設けられたものであり、加圧治具４０を同図（Ａ）の状態から下降して同図（Ｂ）に状態に移行したとき、ガラス窓４２によって水晶振動子２２を加圧するが、凹部４２ｂがあるのでガラス窓４２がリッド１４の表面に当接する面積が少なくなる。このため、加圧状態において、レンズ３６を介してレーザ光３８をスキャンしながら接合部１８を加熱したとき、接合部１８におけるレーザ光による熱が加圧工具４０へ拡散するのを軽減させることができる。なお、この実施形態６においてはその凹部４２ｂの平面形状から、封止面に１０箇所の押え点が構成されている。
【００２８】
実施形態７．
図１０（Ａ）（Ｂ）は本発明の実施形態７に係る水晶振動子の製造装置の説明図である。この実施形態７においては図３のガラス窓４２に吸引用の孔４３を設けるとともに、加圧治具４０におけるレンズ３６とガラス窓４２との間の部分に真空吸引用に孔４１を設けている。なお、この加工治具による接合処理は大気レベル（雰囲気はＮ2 パージ）にて行う必要がある。
【００２９】
この実施形態７においては、加圧治具４０の孔に真空装置（図示せず）を接続しておいて、加圧治具４０の先端部分を真空引きして、孔４３を介してリッド１４を吸着して吸い上げることによりハンドリングを行わせる。そして、図１０（Ａ）に示されるように、加圧治具（ベース）３０上に載置されているパッケージ１０の上部にリッド１４が位置するように加圧治具４０を移動させる。その後、図１０（Ｂ）に示されるように、加圧治具４０を下降させて、ガラス窓４２によりリッド１４及びパッケージ１０を加圧する。そして、この加圧状態において、レンズ３６を介してレーザ光３８をスキャンしながら接合部１８に対応したリッド１４の表面を照射する。この照射によって、接合部１８のハンダメッキ１６が加熱されて溶融し、パッケージ１０とリッド１４とが接合されて封止される。
【００３０】
実施形態８．
上述の実施形態１〜７は適宜組み合わせて構成することができる。例えば、▲１▼実施形態１に実施形態３〜７を適宜組み合わせたもの、▲２▼実施形態３に実施形態４〜７を適宜組み合わせたものが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る水晶振動子の製造装置の説明図である。
【図２】図１の製造装置により製造された水晶振動子の説明図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る水晶振動子の製造装置の説明図である。
【図４】本発明の実施形態３に係る水晶振動子の製造装置の説明図である。
【図５】図４の回折ビームの説明図である。
【図６】図４の位相格子の説明図である。
【図７】本発明の実施形態４に係る水晶振動子の製造装置の説明図である。
【図８】本発明の実施形態５に係る水晶振動子の製造装置の説明図である。
【図９】本発明の実施形態６に係る水晶振動子の製造装置の説明図である。
【図１０】本発明の実施形態７に係る水晶振動子の製造装置の説明図である。
【符号の説明】
１，２２  水晶振動子
１０  パッケージ
１２  水晶振動子片
１４  リッド
３０，３２，４０  加圧治具
３６  レンズ
３８  レーザ光
【図１】
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【図２】
0003885388.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003885388.tif 000006
【図６】
0003885388.tif 000007
【図７】
0003885388.tif 000008
【図８】
0003885388.tif 000009
【図９】
0003885388.tif 000010
【図１０】
0003885388.tif 000011