(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶振動子を構成するパッケージのベースにシリコン系のＡｇ接着剤を塗布し、水晶片を支持固定し、１０−３Ｔｏｒｒ以下の真空中で２５０℃以上４００℃以下、１時間以上１０時間以下の熱処理を行った後、真空中で気密封止を行うことを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項２】
真空中でハンダを用いて気密封止を行うことを特徴とする請求項１記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項３】
窒素雰囲気中でシーム溶接を用いて気密封止を行うことを特徴とする請求項１記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項４】
パッケージのベースはセラミックス、あるいはガラスセラミックス、あるいはガラスであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項５】
シリコン系接着剤は導電性接着剤であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の水晶振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は周波数基準源となる水晶振動子に関するもので、特に移動体通信機器、なかでも携帯電話やペジャーの周波数基準源に必要な水晶振動子の製造に関するものであり、特に、経時変化が非常に優れた表面実装型の水晶振動子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話などの移動体通信機器用の周波数基準源には、高精度な温度補償型水晶発振器（以下ＴＣＸＯと記載する）が用いられる。近年は移動体通信機器の小型化・薄型化に伴いＴＣＸＯも小型化・薄型化する傾向にあり、さらに耐リフロー性のある表面実装型のＴＣＸＯが求められる。ＴＣＸＯの主要部品である水晶振動子も、水晶振動子の諸特性を満足した上で、小型・薄型でかつ表面実装型のものが求められている。
【０００３】
ＴＣＸＯ用の水晶振動子としてはＡＴカットの厚み滑り振動子が多く用いられている。ＴＣＸＯ用の水晶振動子に要求される諸特性としては、常温の周波数偏差が小さく、かつ周波数の温度特性も良好で、かつ周波数の経時変化も±１ｐｐｍ以下と非常に厳しいものである。近年では周波数の経時変化が±０．５ｐｐｍ以下を要求される場合もある。
【０００４】
このような水晶振動子の厳しい諸特性を満足し、かつ表面実装型の水晶振動子を実現するために、水晶振動子の各製造工程において、種々の対策を講じている。
【０００５】
気密封止後に水晶振動子の構成部材であるベース、水晶片、接着剤などからガスが発生すると、経時変化の特性が著しく損なわれる。一般的に、パッケージのベースに水晶片を支持固定するための接着剤にエポキシ系の銀（Ａｇ）接着剤などを用いている。
図３は経時変化を示すグラフである。図３（ａ）はエポキシ系のＡｇ接着剤を用いて気密封止した水晶振動子の経時変化の特性を示す図で、横軸は経過時間（ｈ）、縦軸は周波数偏差（ｐｐｍ）を示している。発生したガスによって、経時変化の特性が損なわれていることを示しており、周波数の経時変化は±１ｐｐｍ以内であるどころか、±２ｐｐｍをはるかに超えている。
【０００６】
通常、周波数の経時変化を改善するため、パッケージのベースに接着剤を塗布し、水晶片を支持固定し、周波数調整を行った後、気密封止を行う前に熱処理を行っている。一般に、気密封止前に行う熱処理は窒素ガスや真空中といった不活性雰囲気中で行う。気密封止前に熱処理を行うことにより、水晶振動子の構成部材であるベース、水晶片、接着剤における残留応力の緩和が可能になる。また同時に、それらの部材から発生するガスの除去を行うことが可能になる。よって残留応力の緩和およびガスの除去により経時変化の特性は向上する。
図３（ｂ）はエポキシ系のＡｇ接着剤を気密封止を行う前に１８０℃で熱処理を行うことにより、経時変化の特性が向上したことを示す図である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、Ａｇ接着剤の耐熱性は２００℃程度であるため、気密封止を行う前の熱処理温度も２００℃以下にせざるを得ない。
【０００８】
エポキシ系のＡｇ接着剤を用いる限り、気密封止前の熱処理温度は２００℃以下に制限されるため、水晶振動子の構成部材であるベース、水晶片、接着剤から発生するガスを完全に除去することは困難であるという欠点を有していた。また、水晶振動子の構成部材の残留応力を緩和することも困難であるという欠点を有していた。
したがって、従来の水晶振動子の製造方法は、経時変化の特性に優れた水晶振動子を製造することは非常に困難であるという欠点を有していた。
【０００９】
そこで本発明の目的は以上のような課題を解決しようとするもので、経時変化の特性が非常に優れた水晶振動子の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の製造方法においては、下記記載の製造方法を採用する。
【００１１】
本発明の製造方法は、水晶振動子を構成するパッケージのベースにシリコン系のＡｇ接着剤を塗布し、水晶片を支持固定し、１０-3Ｔｏｒｒ以下の真空中で２５０℃以上４００℃以下、１時間以上１０時間以下の熱処理を行った後、真空中で気密封止を行うことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面により本発明の製造方法を工程の順に説明する．
図１は水晶振動子の蓋を省略した図である。図１（ａ）はパッケージのベース１０１の支持部分１０２に接着剤１０３を塗布したところを示す断面図である。パッケージのベース１０１はアルミナ・セラミックスで、塗布する接着剤１０３はシリコン系のＡｇ接着剤である。図１においては接着剤１０３の塗布箇所は支持部分１０２の両側となっているが、片側だけの場合もある。
【００１３】
図１（ｂ）はシリコン系のＡｇ接着剤１０３の上に水晶片１０５を搭載したところを示す断面図である。水晶片１０５はＡＴカットの水晶片で周波数は１２．８ＭＨｚである。
【００１４】
次に接着剤１０３の熱硬化処理を行った後、ベース１０１に水晶片１０５を固定し、水晶片１０５の周波数調整を行う。
【００１５】
図１（ｃ）は周波数調整を終了した気密封止前の水晶振動子の斜視図である。
【００１６】
図２（ａ）は熱処理炉の構成および気密封止前の水晶振動子２０１を熱処理炉のチャンバー２０２内に設置したところを示す図である。
気密封止前の水晶振動子２０１を熱処理炉のチャンバー２０２内のヒーター２０３の上面に複数個並べて設置する。
【００１７】
チャンバー２０２内をクライオ・ポンプ２０４およびロータリー・ポンプ２０５などからなる真空排気処理装置２０６を用いてチャンバー２０２内を約１０-5Ｔｏｒｒの真空状態にする。
【００１８】
ヒーター２０３内の温度を約３５０℃にし、約５時間ほど、気密封止前の水晶振動子２０１の熱処理を行う。シリコン系接着剤はエポキシ系接着剤と比較して、耐熱性に優れるため、３５０℃という高い温度で熱処理を行うことが可能である。
【００１９】
水晶振動子の構成部材である水晶片、接着剤、ベースに付着している水分が加熱することによって蒸発し、水分を除去できる。また、３５０℃に加熱することにより、接着剤およびシール面から発生するガスをも充分に除去することが可能になる。同時に、水晶振動子の構成部材である水晶片、接着剤、ベースに存在する残留応力を緩和することも可能となる。
【００２０】
図２（ｂ）は気密封止前の熱処理を行った後、気密封止を行った水晶振動子の断面図である。
真空中もしくは不活性ガス中でベース１０１とキャップ２０８とをハンダ、例えば金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）共晶合金などを３００℃前後で溶融し、接合材２０７を介して接合し気密封止する。なお、ハンダの他の例としては金（Ａｕ）−ゲルマニウム（Ｇｅ）共晶合金などがある。
【００２１】
図３（ｃ）は上記の製造方法を用いて作製した水晶振動子の周波数の経時変化を示すグラフである。経時変化は非常に良好で、±０．５ｐｐｍ以下で、非常に安定していることが認められる。
従来の製造方法を用いて作製した水晶振動子の経時変化は±２ｐｐｍ程度であるので、経時変化の特性が非常に改善されていることがわかる。
本実施の形態による製造方法を用いて作製した水晶振動子は、従来の製造方法を用いて作製した水晶振動子と比較して、はるかにＴＣＸＯ用の水晶振動子として適していることは明らかである。尚、ＴＣＸＯ以外でも周波数の安定度を必要とする水晶振動子を用いるデバイスにも適用可能である。
【００２２】
さらに気密封止時の封止条件を変化させた時の周波数の経時変化について、更に実験をし調べた。図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）はいずれも周波数の経時変化特性を示し、横軸は経過時間（ｈ）を表し、縦軸は周波数偏差（ｐｐｍ）を表している。
【００２３】
図４（ａ）は気密封止時の熱処理温度を３５０℃、真空度を１０-5Ｔｏｒｒに設定し、熱処理時間を０．５時間、１時間、５時間、１０時間と変化させた時の周波数の経時変化を示すグラフである。
【００２４】
熱処理時間を０．５時間に設定して処理を行うと、経過時間が２０００時間で約−２ｐｐｍになり、±１ｐｐｍ以内には収束しない。０．５時間の熱処理時間では良好な周波数の経時変化特性を得ることができない。
熱処理時間が１時間では２０００時間の経過時間において、約−０．９ｐｐｍになり、±１ｐｐｍ以内に収束している。熱処理時間を５時間、１０時間に設定し処理を行うと経過時間が２０００時間において、各々約＋０．３ｐｐｍ、約＋０．５ｐｐｍになり、非常に良好な経時変化特性が得られる。
【００２５】
以上より、熱処理時間は１時間以上かつ１０時間以下の所定の値に設定し、熱処理を行うことにより、周波数の経時変化特性は良好になる。
【００２６】
図４（ｂ）は気密封止時の熱処理時間を５時間、真空度を１０-5Ｔｏｒｒに設定し、熱処理温度を２００℃、２５０℃、３５０℃、４００℃に変化させた時の周波数の経時変化を示すグラフである。
【００２７】
熱処理温度を２００℃に設定し処理を行うと、２０００時間の経過時間で約−１．５ｐｐｍになり、±１ｐｐｍ以内には収束しない。熱処理温度を２５０℃で処理した場合、２０００時間の経過時間で約−０．９ｐｐｍになり、±１ｐｐｍ以内に収束する。熱処理温度を３５０℃に設定し処理を行うと、２０００時間で約＋０．３ｐｐｍとなり、±０．５ｐｐｍ以内に収束し、経時変化特性は非常に良好である。熱処理温度を４００℃で処理すると２０００時間の経過時間で約＋０．７ｐｐｍとなり、３５０℃で熱処理した時と比較して、若干経時変化特性が悪い。
【００２８】
以上より、熱処理温度は２５０℃以上かつ３５０℃以下の所定の値に設定し、熱処理を行うことにより、周波数の経時変化特性は良好になる。
【００２９】
図４（ｃ）は気密封止時の熱処理温度を３５０℃、熱処理時間を５時間に設定し、気密封止時の真空度を１０-2Ｔｏｒｒ、１０-3Ｔｏｒｒ、１０-5Ｔｏｒｒに変化させた時の周波数の経時変化を示す図である．
【００３０】
真空度が１０-2Ｔｏｒｒで気密封止を行った場合、２０００時間の経過時間で−２ｐｐｍを超え、±１ｐｐｍ以内には収束しない。真空度が１０-3Ｔｏｒｒで気密封止を行った場合、２０００時間の経過時間で約−０．９ｐｐｍになり、±１ｐｐｍ以内に収束する。真空度が１０-5Ｔｏｒｒで気密封止を行えば、２０００時間の経過時間で約＋０．３ｐｐｍになり、±０．５ｐｐｍ以内に収束しており、非常に良好な経時変化特性が得られることが分かる。真空度は１０-5Ｔｏｒｒよりもさらに良ければ、良好な周波数の経時変化も期待できる。
【００３１】
以上より、真空度は１０-3Ｔｏｒｒ以下の所定の値に設定し、気密封止を行うことにより周波数の経時変化は良好になる。
【００３２】
気密封止は、他の封止方法を用いることも可能である。例えば接合剤にコバール材（鉄−ニッケル−コバルト合金）を用いたシーム溶接による方法などがある。
【００３３】
本発明の製造方法の実施例では水晶振動子を例に説明したが、発振器の製造方法にも適用できる。
【００３４】
【発明の効果】
上に説明したように本発明によれば、気密封止前に真空度、温度、時間を適切な値に設定し熱処理することにより、水晶振動子の構成部材である水晶片、接着剤、ベースに付着している水分を除去することが可能となる。また、接着剤およびシール面から発生するガスも除去することが可能になる。
さらに、水晶振動子の構成部材である水晶片、接着剤、ベースに存在する残留応力を緩和することが可能になる。
よって本発明の製造方法を用いて作製した水晶振動子の経時変化の特性は非常に優れ、従来の製造方法を用いて作製した水晶振動子の経時変化の特性と比較して、はるかに優れたものとなっている。
さらに、従来の製造方法では実現し得なかった±０．５ｐｐｍ以下といった高い性能も実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態で、水晶振動子の製造方法を工程順に示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態で、水晶振動子の製造方法を工程順に示す図である。
【図３】水晶振動子の周波数の経時変化を示すグラフである。
【図４】熱処理条件を変化させて得られる、周波数の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１０１  ベース
１０２  支持部分
１０３  接着剤
１０４  シール面
１０５  水晶片
１０６  電極
２０１  気密封止前の水晶振動子
２０２  チャンバー
２０３  ヒーター
２０４  クライオ・ポンプ
２０５  ロータリー・ポンプ
２０６  真空排気処理装置
２０７  接合材
２０８  キャップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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