JP4384546B2 - 電子部品の製造の方法 - Google Patents

Description

本発明は、携帯用通信機器や電子計算機等の電子機器に用いられる電子部品の製造方法に関するものである。

従来より、携帯用通信機器や電子計算機等の電子機器には、所定の共振周波数を発生する水晶振動子等の電子部品が用いられている。

従来の水晶振動子としては、例えば図４に示す如く、板状絶縁層２１ａ、２１ｂと枠状絶縁層２１ｃとを積層してなる絶縁基板上面の枠状絶縁層２１ｃで囲まれる領域に一対の接続パッドを有し、該接続パッドに導電性接着材を介して電気的に接続される一対の振動電極を有した水晶振動素子２５を取着させるとともに、前記枠状絶縁層２１ｃの上部に金属製の蓋体２７をロウ材を介して接合することにより水晶振動素子２５の搭載領域を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。）。

かかる水晶振動子は、絶縁基体２１の下面に設けられる入出力端子を介して水晶振動素子２５の振動電極間に外部からの変動電圧が印加されると、水晶振動素子２５の特性に応じた所定の周波数で厚みすべり振動を起こすようになっており、その共振周波数に基づいて外部の発振回路で所定周波数の基準信号が発振・出力される。このような基準信号は、例えば携帯用通信機器等の電子機器におけるクロック信号として利用されることとなる。

また、上述した水晶振動子の絶縁基体２１は、通常、複数個の絶縁基体２１を切り出すことができる大型の母基板を分割して個片を得る“多数個取り”の手法によって形成されており、得られた個片（絶縁基体２１）に水晶振動素子２５を個々に取着させた上、枠状絶縁層２１ｃの上部に蓋体２７を個々の個片ごとに接合することによって水晶振動子が製作される。

更に、蓋体２７も絶縁基体２１と同様に、複数個の蓋体２７を切り出すことができる大型の金属板（母カバー）を分割することによって得られ、水晶振動子の使用時、この蓋体２７をグランド電位に保持しておくことにより外部からのノイズが遮蔽される。このような蓋体２７は、絶縁基体２１を介してグランド端子に電気的に接続される。
特開２００１−２７４６４９号公報

しかしながら、上述した従来の水晶振動子においては、その組み立てに先立って、大型の母基板を分割することにより絶縁基体２１を、また大型の母カバーを分割することにより蓋体２７を予め得ておく必要があり、この２種類の部材をそれぞれ別個の分割工程で得るようにしていたことから、水晶振動子の組み立て工程が煩雑なものとなり、生産性の向上に供しないという欠点を有していた。

また上述したように、個片の絶縁基体２１と個片の蓋体２７とを事前に準備してから水晶振動子を組み立てる場合、複数個の絶縁基体２１を個々にキャリアに保持させるための作業が必要となり、またキャリアに保持させた個々の絶縁基体２１上には蓋体２７を個々に位置合わせをして取り付けなければならず、これによっても水晶振動子の組み立て工程が煩雑になる欠点を有していた。

本発明は上述の欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、組み立て工程を簡略化して生産性を向上させることができる電子部品の製造方法を提供することにある。

本願発明の一つの態様によれば、電子装置の製造方法は、マトリクス状に配列された複数個の基板領域を有するセラミック製の母基板を準備し、該母基板の各基板領域に電子部品素子を搭載する工程Ａと、前記基板領域と１対１に対応する複数個のカバー領域を有する金属製の母カバーを前記母基板上に配置し、該母基板と前記母カバーとを各基板領域の外周部において接合する工程Ｂと、前記母カバーの表面を各カバー領域の外周に沿って第１のブレードにて切削することにより、前記母カバーの上面に開口する溝部を、該溝部の最深部が前記母カバーの下面に到達しないように形成する工程Ｃと、前記第１のブレードよりも刃幅の狭い第２のブレードを前記溝部内に挿入し、該第２のブレードにて前記溝部の直下に位置する母カバーと母基板とを切断・分割することにより複数個の電子部品を得る工程Ｄとを含んでおり、前記母カバーの厚み方向にかかる前記溝部の最深部から前記母カバーの下面までの寸法Ｘと、前記溝部の最深部から開口面までの寸法Ｙとが、関係式「０．１≦（Ｘ／（Ｘ＋Ｙ））≦０．３」を満足するように設定されていることを特徴とする。

本発明の電子部品の製造方法によれば、マトリクス状に配列された複数個の基板領域を有するセラミック製の母基板を準備し、該母基板の各基板領域に電子部品素子を搭載する工程と、前記基板領域と１対１に対応する複数個のカバー領域を有する金属製の母カバーを前記母基板上に配置し、該母基板と前記母カバーとを各基板領域の外周部において接合する工程と、前記母カバーの表面を各カバー領域の外周に沿って第１のブレードにて切削することにより、前記母カバーの上面に開口する溝部を、該溝部の最深部が前記母カバーの下面に到達しないように形成する工程と、前記第１のブレードよりも刃幅の狭い第２のブレードを前記溝部内に挿入し、該第２のブレードにて前記溝部の直下に位置する母カバーと母基板とを切断・分割することにより複数個の電子部品を得る工程と、を含むようにして電子部品を製造するようにしたことから、電子部品の組み立てに先立って、基板やカバーを個片に分割しておく必要はなく、予め一体化された母基板及び母カバーを２種のブレードにより分割することによって基板とカバーとを一括的に切断することができる。

しかもこの場合、電子部品の組み立てに際して、母基板そのものがキャリアとして機能するようになっていることから、母基板より分割した個片を個々にキャリアに保持させたり、或いは、各個片にカバーを個々に取り付けるといった煩雑な作業は一切不要となる。

これにより、電子部品の組み立て工程が大幅に簡素化されるようになり、電子部品の生産性向上に供することが可能となる。

また本発明の電子部品の製造方法によれば、前記溝部の最深部から前記母カバーの下面までの寸法Ｘと、前記溝部の最深部から開口面までの寸法Ｙとが、関係式「０．１≦（Ｘ／（Ｘ＋Ｙ））≦０．３」を満足するようにして、金属製の母基板の表面に溝部を形成するようにしていることから、第２のブレードにより母カバーを切断する際に生成される母カバーの切断屑を、第２のブレードの切断効率を低下させない程度に抑えることができるとともに、第２のブレードにより前記母基板を切断する際、第１のブレードにより切削されずに残った母カバーの薄肉部分が、第１のブレードと母基板との間で緩衝材として機能し、絶縁基板にクラック等が発生するのを有効に防止することができるようになる。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の電子部品の製造方法を適用して製造された電子部品を示す断面図であり、図２は図１に示す電子部品の分解斜視図である。同図に示す電子部品は、大略的に、絶縁基体１と、電子部品素子５と、カバー部材８とで構成されている。尚、本実施形態においては、電子部品素子５として水晶振動素子を用いた電子部品である水晶振動子を例に説明する。

絶縁基体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る板状絶縁層１ａ、１ｂと枠状絶縁層１ｃとを積層して形成されており、その上面であって枠状絶縁層１ｃで囲まれる領域には一対の接続パッド２が設けられ、また、下面には入力端子、出力端子、グランド端子等の外部端子３が設けられている。

かかる絶縁基体１に設けられている一対の接続パッド２は、その上面側で水晶振動素子５の振動電極に導電性接着材７を介して電気的に接続され、下面側で絶縁基体１上の導体パターンや絶縁基体内部のビア導体等を介して絶縁基体下面の入出力端子（入力端子、出力端子）に電気的に接続される。

尚、上述した外部端子３は、水晶振動子をマザーボード等の外部電気回路に搭載する際、外部電気回路の回路配線と半田等の導電性接着材を介して電気的に接続されることとなる。

また、絶縁基体１の上面に搭載される水晶振動素子５は、所定の結晶軸でカットした、厚み３０μｍ〜１６０μｍの水晶片の両主面に一対の振動電極を被着・形成してなり、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。

このような水晶振動素子５は、その両主面に被着されている振動電極と絶縁基体上面の対応する接続パッド２とを導電性接着材７を介して電気的・機械的に接続することによって絶縁基体１の上面の所定位置に搭載される。

上述の枠状絶縁層１ｃは、絶縁基体１と後述するカバー部材８との間に水晶振動素子５が配置される所定の空間を確保するためのスペーサとして機能するものであり、その上面にはカバー部材８が取着され、該カバー部材８によって枠状絶縁層１ｃの内周面と絶縁基体１の上面とで囲まれる水晶振動素子５の収納領域が気密封止される。

このようなカバー部材８は、例えば４２アロイやコバール，リン青銅等の金属からなり、その全体構造は略平板形状をなしている。また、カバー部材８の上面にはその外周に沿って凹み部１７が形成されている。この凹み部は、例えば階段状の段差部から成り、その幅は２０μｍ〜４０μｍである。この凹み部１７が形成される理由は、後述する水晶振動子の製造方法の説明において明らかになる。

カバー部材８の下面には接合材９が被着されている。この接合材９は、カバー部材８側からＮｉ層及びＡｕ−Ｓｎ層が順に積層されてなるものであり、その厚みは、Ｎｉ層が２μｍ〜８μｍ、Ａｕ−Ｓｎ層が１０μｍ〜３０μｍである。

このような接合材９が下面に形成されたカバー部材８は、枠状絶縁層１ｃの上面に形成されている導体層４を介して、絶縁基体１上に絶縁基体の開口部を覆うようにして載置され、接合材９を溶融・硬化させることにより絶縁基体１に接合される。

前記導体層４としては、例えば、タングステンやモリブデン等からなるメタライズ層、Ｎｉ層及びＡｕ層を順に積層してなる３層構造のものが用いられ、その厚みは、例えばメタライズ層が１０μｍ〜２０μｍ、Ｎｉ層が２μｍ〜８μｍ、Ａｕ層が０．７μｍ〜１．４μｍに設定される。この導体層４は、その外周辺が枠状絶縁層１ｃの外周辺との間に、例えば１０μｍ〜３０μｍの間隔を設けるようにして形成されており、前記接合材９が導体層４の外周部にかけてフィレットを形成するようになっている。

尚、前記カバー部材８は、絶縁基体１とで囲まれる領域に水晶振動素子５を収容して気密封止するためのものであり、導体層４や基板内部に設けたビアホール導体などを介して絶縁基体下面のグランド端子に電気的に接続されており、これによって、カバー部材８は、水晶振動子の使用時、グランド電位に保持され、水晶振動素子５がカバー部材８のシールド効果によって外部からの不要な電気的作用、例えばノイズ等から良好に保護される。

かくして上述した水晶振動子は、絶縁基体１の下面に設けられる入出力端子を介して水晶振動素子５の振動電極−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の特性に応じた所定の周波数で厚みすべり振動を起こさせることによって水晶振動子として機能し、かかる水晶振動子の共振周波数に基づいて外部の発振回路で所定周波数の基準信号が発振・出力される。そして、このような基準信号は携帯用通信機器等の電子機器にお
けるクロック信号として利用されることとなる。

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。

（工程Ａ）
まず、縦ｍ列×横ｎ行（ｍ，ｎは２以上の自然数）のマトリクス状に配列された複数個の基板領域を有する母基板１５を準備し、母基板１５の各基板領域に水晶振動素子５を搭載する（図３（ａ））。

母基板１５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なる板状絶縁基体１５ａ、１５ｂ及び枠状絶縁基体１５ｃを間に導体パターン等を介して積層することによって形成されており、各基板領域には、その上面側に一対の接続パッド２が被着・形成され、下面側には入出力端子やグランド端子等の外部端子３が被着・形成されている。

このような母基板１５は、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適当な有機溶剤等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートの表面等に接続パッド２や外部端子３等となる導体ペーストを所定パターンに印刷・塗布するとともに、これを複数枚積層してプレス成形した後、高温で焼成することによって製作される。

そして、各枠状絶縁層１ｃの内側に水晶振動素子５を１個ずつ搭載する。水晶振動素子５は、その振動電極と母基板上面の対応する搭載パッド２とを導電性接着剤７を介して電気的・機械的に接続することによって母基板１５上に搭載される。

また、本実施形態においては、複数個の枠状絶縁層１ｃを１個ずつ基板領域に搭載するのではなく、マトリクス状に配列された複数個の板状絶縁層１ａ、１ｂを相互に連結して一体化した絶縁基体１５ａ、１５ｂを積層し、その上面に、マトリクス状に配列された複数個の枠状絶縁層１ｃを相互に連結して一体化した枠状絶縁基体１５ｃを載置・搭載することによって複数個の枠状絶縁層１ｃが対応する基板領域に一括的に取着されるようにして母基板１５を形成している。

（工程Ｂ）
次に、図３（ｂ）に示す如く、母基板１５の基板領域と１対１に対応する複数個のカバー領域１１を有する金属製の母カバー１６を、水晶振動素子５が封止されるようにして枠状絶縁層１５ｃ上に載置・接合する。

前記母カバー１６としては、例えば、４２アロイやコバール，リン青銅等の金属から成る、厚み６０μｍ〜１００μｍの平板状の金属板が用いられている。

この工程Ｂでは、母カバー１６を、各カバー領域１１の内側に対応する基板領域の水晶振動素子５が配されるようにして各枠状絶縁層１ｃ上に形成されている導体層４に載置させ、しかる後、これを例えば、３００℃〜３５０℃の温度に保たれた加熱炉の中に入れ、母カバー１６の下面全体にわたって被着された接合材９を高温で加熱・溶融させることによって母カバー１６が枠状絶縁基体１５ｃの上面に形成されている導体層４に取着・固定される。その後、一体化された母基板１５と母カバー１６は徐々に室温まで冷却される。

尚、上述した一連の接合工程は、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で行うのが好ましく、これによって水晶振動素子５が収納される空間には不活性ガスが充満されるため、水晶振動素子５が酸素や大気中の水分等によって腐食・劣化するのを有効に防止することができる。

（工程Ｃ）
そして、図３（ｃ）に示す如く、母カバー１６の表面を各カバー領域の外周に沿って第１のブレード１２にて切削することにより、母カバー１６の上面に開口する溝部１３を、該溝部１３の最深部が母カバー１６の下面に到達しないようにして形成する。

第１のブレード１２としては、母カバー１６の材質として用いられる金属材を切断するのに適したものが用いられ、例えば、ダイヤモンド砥粒などを電鋳により固定した円板状の電鋳ブレードが使用され、その刃幅は、例えば、４０μｍ〜８０μｍである。

このような第１のブレード１２を用いて、母カバー１６の表面を切削することにより、母カバー１６を貫通しない溝部１３を形成している。この溝部１３は図４に示す如く、母カバー１６の溝部１３の最深部から母カバー１６の下面までの寸法Ｘと、溝部１３の最深部から開口面までの寸法Ｙとが、関係式「０．１≦（Ｘ／（Ｘ＋Ｙ））≦０．３」を満足するように設定されている。例えば、母カバー１６の全体構造が平板形状をなしているときには、上記関係式中の（Ｘ＋Ｙ）は母カバー１６の厚み寸法に等しく、母基板の厚み寸法が１００μｍのときには、溝部１３の最深部から母カバー１６の下面までの寸法Ｘは、１０μｍ〜３０μｍの範囲に設定される。

尚、溝部１３の断面形状は、使用する第１のブレード１２の形状や切削条件により、矩形状、Ｕ字状、三角状等、種々のパターンになすことができる。

（工程Ｄ）
次に、図３（ｄ）に示す如く、第１のブレード１２よりも刃幅の狭い第２のブレード１４を溝部内に挿入し、第２のブレード１４にて溝部１３の直下に位置する母カバー１６と母基板１５とを切断・分割することにより複数個の水晶振動子が同時に製作される。

第２のブレード１４としては、母基板１５の材質として用いられるセラミック材料を切断するのに適したものが用いられ、例えば、ダイヤモンド砥粒などを、エポキシ樹脂などの樹脂を結合剤として結合させてなる刃幅が２０μｍ〜４０μｍの円板状のレジンブレード等が使用される。なお、結合材には各種金属を添加しても良い。また、第２のブレード１４は、比較的硬度を低くすることにより、セラミック製の母基板１５と摩耗しながら切断するようにすることも可能である。

以上のような工程Ａ〜Ｄにより水晶振動子を製作する場合、水晶振動子の組み立てに先立って、絶縁基体１やカバー部材８を予め個片に分割しておく必要はなく、一括的な分割によって絶縁基体１とカバー部材８とを同時に切断することができる。しかもこの場合、水晶振動子の組み立てに際して、母基板そのものをキャリアとして機能させることができることから、母基板１５より分割した個片を個々にキャリアに保持させたり、或いは、各個片にカバー部材８を個々に取り付けるといった煩雑な作業は一切不要となる。したがって、水晶振動子の組み立て工程が大幅に簡素化されるようになり、水晶振動子の生産性向上に供することが可能となる。

また、溝部１３の最深部から母カバー１６の下面までの寸法Ｘと、溝部１３の最深部から開口面までの寸法Ｙとが、関係式「０．１≦（Ｘ／（Ｘ＋Ｙ））≦０．３」を満足するようにして、金属製の母基板１６の表面に溝部１３を形成するようにしていることから、第２のブレード１４により母カバー１６を切断する際に生成される母カバー１６の切断屑を第２のブレード１４の切断効率を低下させない程度の量に抑えることができるとともに、第２のブレード１４により母基板１５を切断する際に、第１のブレードにより切削されずに残った母カバー１６の薄肉部分が、第１のブレード１２と母基板１５との間で緩衝材として機能し、母基板１５にクラック等が発生するのを有効に抑えることができるようになる。上記ＸとＹとの関係（Ｘ／（Ｘ＋Ｙ））が０．３より大きくなると、溝部直下領域の母カバー１６の薄肉部分、すなわち第１のブレード１２により切削されずに残る部分が多くなってしまい、この部分をセラミック部材を切断するのに適した第２のブレード１４で切断すると、母カバー１６の金属屑が第２のブレードに絡まるなどして、切断効率が著しく低下してしまうといった問題が生じ、一方、ＸとＹとの関係（Ｘ／（Ｘ＋Ｙ））が０．１より小さくなると、第２のブレード１４により母基板１５を切断する際、第２のブレード１４が母基板１５に最初に接触するときに母基板１５に加わる衝撃が大きくなり、母基板１５にクラックなどが発生するといった問題が生じる。したがって、溝部１３の最深部から母カバー１６の下面までの寸法Ｘと、溝部１３の最深部から開口面までの寸法Ｙとが、関係式「０．１≦（Ｘ／（Ｘ＋Ｙ））≦０．３」を満足するようにして、金属製の母基板１６の表面に溝部１３を形成することが好ましい。

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、改良等が可能である。

例えば、上述した実施形態においては、電子部品素子５として水晶振動素子を用いることにより水晶振動子を構成するようにしたが、それ以外の電子装置、例えば、電子部品素子としてＩＣ素子や他の圧電素子を用いるようにした電子部品においても本発明は適用可能である。

また、上述した実施形態においては、母基板１５上に母カバー１６を載置し、これを３００℃〜３５０℃の温度に保たれた加熱炉の中に入れ、接合材９を溶融させることによって母カバー１６を枠状絶縁基体１５ｃの上面に形成されている導体層４に取着・固定するようにしたが、これに代えて、母カバー１６を覆うカーボン製のプレートを母カバー１６の上面に押し当て、このカーボン製のプレートに電流を流して発熱させることにより、母カバー全体を加熱し、これによって接合材９を溶融させて、母カバー１６と導体層４とを取着・固定させるようにしてもよい。この場合、プレートから母カバー１６に直に熱を伝えることができるため、伝熱効率が高く、母カバー１６と導体層４との接合作業に要する時間を短縮して、電子部品の生産性を向上させることができる。

本発明の電子部品の製造方法を適用して製造された水晶振動子（電子部品）を示す断面図である。、 図１に示す電子部品の分解斜視図である。 本発明の電子装置の製造方法の一実施形態を説明するための断面図である。 図３（ｄ）のＺ部分を拡大した図である。 従来の水晶振動子の断面図である。

符号の説明

１・・・・・・・絶縁基体
１ａ、１ｂ・・・板状絶縁層
１ｃ・・・・・・枠状絶縁層
２・・・・・・・接続パッド
３・・・・・・・外部端子
４・・・・・・・導体層
５・・・・・・・水晶振動素子（電子部品素子）
６・・・・・・・振動電極
７・・・・・・・導電性接着材
８・・・・・・・カバー部材
９・・・・・・・接合材
１０・・・・・・基板領域
１１・・・・・・カバー領域
１２・・・・・・第１のブレード
１３・・・・・・溝部
１４・・・・・・第２のブレード
１５・・・・・・母基板
１５ａ、１５ｂ・板状絶縁基体
１５ｃ・・・・・枠状絶縁基体
１６・・・・・・母カバー

Claims (2)

1. マトリクス状に配列された複数個の基板領域を有するセラミック製の母基板を準備し、該母基板の各基板領域に電子部品素子を搭載する工程Ａと、
   前記基板領域と１対１に対応する複数個のカバー領域を有する金属製の母カバーを前記母基板上に配置し、該母基板と前記母カバーとを各基板領域の外周部において接合する工程Ｂと、
   前記母カバーの表面を各カバー領域の外周に沿って第１のブレードにて切削することにより、前記母カバーの上面に開口する溝部を、該溝部の最深部が前記母カバーの下面に到達しないように形成する工程Ｃと、
   前記第１のブレードよりも刃幅の狭い第２のブレードを前記溝部内に挿入し、該第２のブレードにて前記溝部の直下に位置する母カバーと母基板とを切断・分割することにより複数個の電子部品を得る工程Ｄとを含んでおり、
   前記母カバーの厚み方向にかかる前記溝部の最深部から前記母カバーの下面までの寸法Ｘと、前記溝部の最深部から開口面までの寸法Ｙとが、関係式「０．１≦（Ｘ／（Ｘ＋Ｙ））≦０．３」を満足するように設定されていることを特徴とする電子部品の製造方法。
2. 前記電子部品素子が水晶振動素子であることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の製造方法。

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