(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に段差部を有し、該段差部の高所にスルーホールを有し、該スルーホールの周囲直近部を除く前記上面が金属メッキ層で覆われ、下面あるいは側面には前記スルーホールの下面側と接続する端子電極が設けられた立体成形基板より成る下ケースと、前記段差部の高所に固着され、励振電極が前記スルーホールの上面側に個々にハンダあるいは導電接着剤にて接続された圧電振動片と、前記下ケースの上面の金属層の周縁部とロウ付けされて前記圧電振動片を気密に覆う金属層を少なくとも内面に有する蓋とより成り、前記圧電振動片の下面に膜状の金属枠を設け該金属枠内に励振電極の端部が導かれており、該励振電極の端部が前記基板のスルーホールと接続せしめられ、前記金属枠もまた前記スルーホールの周囲にある前記金属層とロウ付けされていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項２】
前記下ケースの上面には前記金属層の周縁部を除いて凹部が形成されて該凹部内に前記段差部および圧電振動片が収容されており、前記蓋は銅箔を下面に貼った平板のプリント配線用基板であることを特徴とする請求項１の圧電振動子。
【請求項３】
前記下ケースの下面または上面には、他の電子素子を実装するに適した場所と、そのための配線とを更に備えたことを特徴とする請求項１または２の圧電振動子。
【請求項４】
前記他の電子素子は、前記下ケースの下面に設けた凹部に実装され、前記配線にボンディングされた集積回路チップであることを特徴とする請求項３の圧電振動子。
【請求項５】
上面に段差部を有し、該段差部の高所にスルーホールを有し、該スルーホールの周囲直近部を除く前記上面が金属メッキ層で覆われ、下面あるいは側面には前記スルーホールの下面側と接続する端子電極が設けられた立体成形基板より成る下ケース要素を多数密接させ連続配列させた形状の下ケース集合体を作成する工程と、前記下ケース集合体における個々の前記下ケース要素の上面の段差部に、下面に膜状の金属枠を設け該金属枠内に励振電極の端部が導かれている圧電振動片を供給して該圧電振動片の励振電極を前記基板のスルーホールと接続せしめかつ前記金属枠を前記スルーホールの周囲にある前記金属層とロウ付けする工程と、前記下ケース要素の配列に対応した位置に形成された多数の蓋要素を相互に連結して成る蓋集合体を作成する工程と、圧電振動片を搭載した前記下ケース集合体と前記蓋集合体とを位置合わせして重ね、個々の下ケース要素と蓋要素とを同時に接合して連結した多数の圧電振動子を切断分離して個々の圧電振動子を得る工程とを含むことを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項６】
更に、前記下ケース集合体の各下ケース要素に所定の電子部品を実装する工程を含むことを特徴とする請求項５の圧電振動子の製造方法。
【請求項７】
前記蓋要素は平坦な金属板あるいは金属箔を下面に貼った樹脂板であり、従って前期蓋集合体には一枚の切れ目のない金属板あるいは金属箔を下面全面に貼った樹脂板を用いることを特徴とする請求項５または６の圧電振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水晶振動子等の圧電振動子の構成とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の圧電振動子例えば水晶振動子の代表的な構造を図７と図８に示す。図７は円筒形の容器を有する周知の構造例の斜視図で一部を破断してある。水晶振動片１はその両面に励振電極１１を有し、その水晶引出電極１２は気密端子９１のガラス部分を貫通する２本のリード線にハンダ付けされている。キャップ９２が軟質金属を外周にコーティングした気密端子９１に真空中で圧入され、内部が真空である気密容器を形成している。
【０００３】
図８は箱型の容器を有する他の周知の従来例の構造を示し、一部を破断した斜視図である。気密容器はセラミック製下ケース９３と、その上面であるメタライズされた縁の部分にハンダでロウ付けされた蓋９５（金属板あるいは下面周辺部に金属メッキが施されたガラス板等）より成っている。水晶振動片１はその自由な振動が妨げられないよう下ケース段差部９４上に一端を載置し導電接着剤４１で接続かつ固定されている。導電接着剤４１の下には図示しないスルーホール（気密保持のためロウ材で充填されている）があって、圧電振動子の端子となる側面電極９６に導通している。
【０００４】
これらの従来例に共通して、容器内の真空度を維持するため、容器または封止用の材料として金属材料あるいは無機材料が用いられる。容器に用いられるガラスやセラミック等の無機材料は、脆性があるため割れやすく加工性に乏しく、基本的に１個づつの製造となり、真に望ましい量産性に欠ける。また水晶発振器の一部をなす他の電子部品をも振動子容器上に搭載して高度にモジュール化をすることが望ましい場合もあるが、そのためには容器の構造あるいは配線が複雑になり、金属や無機の材料では実現し難い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来の構成の圧電振動子における前記の欠点を解消し、容器の材料として有機材料を用いて性能を維持しつつ低コストとし、かつ薄型・小型・軽量の特徴を保持あるいは改善し、更にはＳＭＤ実装にも適していると共に、必要に応じて他の電子素子をも搭載して高度の機能モジュール化を進めることを容易にした圧電振動子の構成を提供し、また例えば百個〜千個単位という多数個の容器を連結したまま最終工程直前までの加工を可能にすることによって、一層の低コスト化を達成した圧電振動子の製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）上面に段差部を有し、該段差部の高所にスルーホールを有し、該スルーホールの周囲直近部を除く前記上面が金属メッキ層で覆われ、下面あるいは側面には前記スルーホールの下面側と接続する端子電極が設けられた立体成形基板より成る下ケースと、前記段差部の高所に固着され、励振電極が前記スルーホールの上面側に個々にハンダあるいは導電接着剤にて接続された圧電振動片と、前記下ケースの上面の金属層の周縁部とロウ付けされて前記圧電振動片を気密に覆う金属層を少なくとも内面に有する蓋とより成り、前記圧電振動片の下面に膜状の金属枠を設け該金属枠内に励振電極の端部が導かれており、該励振電極の端部が前記基板のスルーホールと接続せしめられ、前記金属枠もまた前記スルーホールの周囲にある前記金属層とロウ付けされていることを特徴とする圧電振動子。
（２）前記下ケースの上面には前記金属層の周縁部を除いて凹部が形成されて該凹部内に前記段差部および圧電振動片が収容されており、前記蓋は銅箔を下面に貼った平板のプリント配線用基板であることを特徴とする（１）の圧電振動子。
（３）前記下ケースの下面または上面には、他の電子素子を実装するに適した場所と、そのための配線とを更に備えたことを特徴とする（１）または（２）の圧電振動子。
（４）前記他の電子素子は、前記下ケースの下面に設けた凹部に実装され、前記配線にボンディングされた集積回路チップであることを特徴とする（３）の圧電振動子。
【０００７】
（５）上面に段差部を有し、該段差部の高所にスルーホールを有し、該スルーホールの周囲直近部を除く前記上面が金属メッキ層で覆われ、下面あるいは側面には前記スルーホールの下面側と接続する端子電極が設けられた立体成形基板より成る下ケース要素を多数密接させ連続配列させた形状の下ケース集合体を作成する工程と、前記下ケース集合体における個々の前記下ケース要素の上面の段差部に、下面に膜状の金属枠を設け該金属枠内に励振電極の端部が導かれている圧電振動片を供給して該圧電振動片の励振電極を前記基板のスルーホールと接続せしめかつ前記金属枠を前記スルーホールの周囲にある前記金属層とロウ付けする工程と、前記下ケース要素の配列に対応した位置に形成された多数の蓋要素を相互に連結して成る蓋集合体を作成する工程と、圧電振動片を搭載した前記下ケース集合体と前記蓋集合体とを位置合わせして重ね、個々の下ケース要素と蓋要素とを同時に接合して連結した多数の圧電振動子を切断分離して個々の圧電振動子を得る工程とを含むことを特徴とする圧電振動子の製造方法。
（６）  更に、前記下ケース集合体の各下ケース要素に所定の電子部品を実装する工程を含むことを特徴とする請求項５の圧電振動子の製造方法。
（７）前記蓋要素は平坦な金属板あるいは金属箔を下面に貼った樹脂板であり、従って前期蓋集合体には一枚の切れ目のない金属板あるいは金属箔を下面全面に貼った樹脂板を用いることを特徴とする（５）または（６）の圧電振動子の製造方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態である水晶振動子の構造を示す３面図であって、（ａ）は蓋の一部を破断した平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は下面図である。また図２は水晶振動片の３面図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は下面図である。両図を用いて構造を説明する。
【０００９】
図１において２は下ケースであって、立体成形基板（ＭＩＤ＝Molded Interconnection Device ）手法で作成される。これは例えばメッキ触媒を混入した樹脂を立体的に成形し、成形体に全面メッキを施し、次いでレジスト塗布とエッチングにより所望の導電パターンを表面に残す回路基板の作成手法であって、平面のみならず斜面や側面、穴や凹部にも配線を立体的に行うことができる耐熱性基板を提供する技術であり、本発明を実現するに適している。本実施の形態の下ケース２においては、図１（ａ）（ｂ）に示すように上面の周縁部の内側に凹部２２を有し、該凹部の中には段差部２８があり、該段差部の頂上には下ケース底面に導通する２つのスルーホール２４があり、上面は全面が銅メッキ部２３で覆われている。但しスルーホール２４の上端部の近傍のみは短絡を避けるため銅メッキ部を除いてあり、露出部２７としている。少なくとも気密容器の内面になる上面の銅箔部にはＡｕフラッシュメッキを施しておく。（ｃ）に示すように下面に導出したスルーホール２４と接続する下面引出電極２５の他、下ケースの両端の側面および下面には端子電極２６およびそのリード線部があり、それらの配線に対して発振回路を含むＩＣチップ６がフリップチップ（ＡＣＦ）ボンディングされている。端子電極２６は集積回路の電源および信号の入出力等の端子となっている。６３はＩＣ封止樹脂で、集積回路を保護するために塗布する。
【００１０】
図２において水晶振動片１は上面および下面に励振電極１１を有し、それらからの水晶引出電極１２は（ａ）に示すように上面において（下面の励振電極からの引出線は水晶振動片の側面を回って）水晶スルーホール１３に接続し、（ｃ）に示すようにその導電経路は水晶振動片１の下面に終わっている。下面には水晶スルーホール１３を囲んで枠状金属パターン１４を設ける。
【００１１】
水晶振動片１は下ケース２上に、そのスルーホール２４に水晶スルーホール１３が重なるように載置され、両者は高温ハンダ材４にて加熱と加圧を行って接続される。同時に枠状金属パターン１４もスルーホール２４の周囲の銅メッキ部２３と接続される。高温ハンダ材４はあらかじめ段差部２８の上面にペースト状の材料を印刷手法などで供給しハンダメッキしておく。水晶スルーホール１３の下端面と枠状金属パターン１４にも必要に応じてハンダ等のメッキを施しておく。蓋３は平板状のプリント回路基板であり、下面全面に貼着された蓋銅箔部３１を有する。蓋銅箔部３１の表面にも必要に応じて適当なメッキ、例えばＡｕフラッシュメッキを施しておく。蓋３は封入ハンダ材５により下縁を下ケース２の周縁部の銅メッキ部２３にロウ付けされる。ロウ付けは加熱・加圧用の治具を用いて真空中で行われ、容器内部が真空である水晶振動子が完成する。
【００１２】
本実施の形態における容器の気密性について検討する。下ケースの基体を構成する樹脂即ち有機材料自体は無機材料、金属材料に比して空気や水分を透過させやすい。しかしそのほとんどは容器内面全面に施した銅メッキ部２３によって阻止される。僅かにスルーホール２４の周囲の小面積のケース材露出部２７を透過して来た外気は、枠状金属パターン１４、銅メッキ部２３、高温ハンダ材４のロウ付け部で完全に遮断される。蓋３も容器内面側の蓋銅箔部３１により外気遮断は完全である。また実装性について検討する。ハンダリフロー温度を例えば２４０°Ｃとすると、後工程での加熱に耐えるため、封入ハンダ材５のロウ付け温度は例えば３００〜３４０°Ｃ、高温ハンダ材４のロウ付け温度は例えば３６０〜４００°Ｃに設定する。このような条件を与えておけば、水晶振動子をＳＭＤ用部品としてユーザーが他の電子部品と同時に回路基板への実装を行うことができる。
【００１３】
次に本実施の形態の水晶振動子を集合状態で製造するプロセスについて述べる。図３は下ケースの集合基板の平面図である。下ケース集合体２０は下ケース２の要素を縦横に多数配列して、必要な凹部２２、スルーホール２４等や下ケース要素の列を区切る長穴２０２を設けた大型の立体成形集合基板である。集合体相互を位置合わせするための位置決め穴２０１が対角部に設けてある。全面に銅メッキされた後上下面パターンのエッチングの加工がなされ、Ａｕメッキやハンダメッキが施されている。更に図示しないが、裏面にはＩＣチップも実装し、樹脂コートも済ませておく。水晶振動片１は唯一の個部品で、半導体部品のダイボンディングを基板に対して行うのに似た感覚でマウントされる。水晶振動片１は予めトレイ等の上に整列して並べられており、１個づつピックアップして下ケース集合体２０の上面の所定位置に順次載置し、個別に、あるいは有機接着剤を供給して仮止めした後全数同時に、加圧・加熱を行ってスルーホール部と枠状金属パターン部とのロウ付けを完了する。図３には左上に１個のみ水晶振動片１が載置された状態を示している。
【００１４】
図４は枠状に打ち抜かれた封入ハンダ材５のシートを多数連結したハンダシート集合体５０の平面図である。位置決め穴２０１を備え、該穴を基準にして下ケース集合体２０に重ねたとき、各ハンダシートは蓋３のロウ付け部位に位置決めされる。封入ハンダ材５を均一な厚さのシート状にしておくことによって、ろう材に不均一な偏りがなく、欠陥のないロウ付けが達成される。
【００１５】
図５は蓋３の集合体である蓋集合体３０の平面図である。これは下面に銅箔を貼った１枚の大型の平面プリント基板でよい。メッキも必要ならば施しておく。やはり位置決め穴２０１を備えている。
【００１６】
集合体を用いた振動子の組立は以下のように行われる。水晶振動片１を実装済の下ケース集合体２０の上にハンダシート集合体５０を位置決め穴２０１基準で重ね、更に蓋集合体３０を同様に重ねて、全体を挟持する治具を用いてすべての接合部を同時に均等に加圧しかつ真空中で加熱すれば、蓋３のロウ付けが完了する。次いで図３に示すカットライン２０３において完成した集合体を切断すれば、個々に分離した完成水晶振動子が得られる。
【００１７】
図６は本発明の第２の実施の形態の３面図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は中央断面図、（ｃ）は下面図である。第１の実施の形態との相違点は、用いた水晶振動片１が片持ちではなく両持ち型のものであることである。その相違に従って、水晶スルーホール１３と、下面側でそれらを個々に囲む枠状金属パターンは振動片の両端に別れて存在する。それに対応して下ケースの段差部２８も凹部２２の両側に設けられる。またＩＣチップ６は下ケースの下面にダイボンディングされ、下面の配線パターンとボンディングワイヤ６２で接続されている。その他の点は第１の実施の形態と実質的に共通である。
【００１８】
次に本発明の実施の形態における各種の変形例を考察しておく。まず水晶振動子は、上述の実施例では片持ち形のＡＴ板等の平板状振動片を用いたが、これはコンベックスあるいはベベル付きの振動板でもよく、また音叉形の振動片を用いてもよい。また振動片は水晶に限らず、他の圧電結晶や圧電性磁器で構成してもよい。高温ハンダ材に代えて導電接着剤を用いてもよい。また圧電振動片に設けたスルーホールと下面に設けた枠状金属パターンとを省略し、水晶引出電極を下面に引き回して下ケースのスルーホールと直接ハンダまたは導電接着剤で接続し、その周囲を絶縁性の接着剤で固着することにより簡略化することもできる。また下ケースや金属皮膜の材質やメッキも適宜変更が可能である。蓋にも金属板（蓋集合体は単なる平板でもよいが、大部分の形状が切り抜かれた１個づつの蓋要素を細いブリッジで連結した形状にしてもよい）や無機材料を用いることが可能なことは自明である。またＩＣのみならず他の電子素子や回路、例えば周波数調整用の回路を適宜実装搭載することも可能である。またそれら付加装置をケースの上面側に実装することも可能である。その他本発明の主旨の範囲内で種々の変化を構成あるいは製造方法に与えることができることはもちろんである。
【００１９】
【発明の効果】
本発明においては、内面を金属層で覆った樹脂性の容器を用いたので、気密性を始めとする諸特性を良好に保ったまま、低コストで薄型・小型・軽量構造の圧電振動子を実現し、また回路の同時実装による高度のモジュール化も可能となっった。更に製造方法において大部分の主要な加工を多数の集合状態のままで可能として一層の低コスト化を達成できた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である水晶振動子の構造を示す３面図で、（ａ）は蓋の一部を破断した平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図（ｃ）は下面図である。
【図２】水晶振動片の３面図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は下面図である。
【図３】下ケースの集合基板の平面図である。
【図４】ハンダシート集合体５０の平面図である。
【図５】蓋集合体３０の平面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態の３面図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は中央断面図、（ｃ）は下面図である。
【図７】円筒形の容器を有する従来例の斜視図である。
【図８】箱型の容器を有する他の従来例の斜視図である。
【符号の説明】
１  水晶振動片
１１  励振電極
１２  水晶引出電極
１３  水晶スルーホール
１４  枠状金属パターン
２  下ケース
２０  下ケース集合体
２０１  位置決め穴
２０２  長穴
２０３  カットライン
２２  凹部
２３  銅メッキ部
２４  スルーホール
２５  下面引出電極
２６  端子電極
２７  ケース材露出部
３  蓋
３０  蓋集合体
４  高温ハンダ材
５  封入ハンダ材
５０  ハンダシート集合体
６  ＩＣチップ
６２  ボンディングワイヤ
６３  ＩＣ封止樹脂
９１  気密端子
９２  キャップ
９３  セラミック製下ケース
９４  下ケース段差部
９５  蓋
９６  側面電極
【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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