JP4493382B2

JP4493382B2 - 電子装置の製造方法

Info

Publication number: JP4493382B2
Application number: JP2004108878A
Authority: JP
Inventors: 利夫中澤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-04-01
Filing date: 2004-04-01
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2024-04-01
Also published as: JP2005294617A

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水晶振動子等の電子装置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２１は、その上面であって枠状絶縁層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を接合することによって水晶振動子が製作される。

尚、上述した水晶振動子の蓋体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装置の製造方法を提供することにある。

本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、前記複数個の基板領域の境界において前記母基板を露出させるように、前記母カバー切断に用いる金属切断用の第１のブレードによって前記母カバーを切断して、しかる後、前記複数個の基板領域の境界において、前記第１のブレードとは異なる前記母基板切断に用いるセラミック切断用の第２のブレードによって前記母基板を切断・分割することにより複数個の電子装置を得る工程Ｃと、を含む。

また本発明の電子装置の製造方法は、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ものである。

本発明の電子装置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、前記母カバーを各基板領域の外周に沿って第１のブレードにて切断することにより前記母カバー及び母基板から成る接合体に、母カバーを厚み方向に貫通する貫通溝を形成し、しかる後、前記第１のブレードよりも刃幅の狭い第２のブレードを貫通溝内に挿入して母基板を切断・分割することにより複数個の電子装置を得る工程Ｃとを含むことから、電子装置の組み立てに先立って、基板やカバーを予め個片に分割しておく必要はなく、予め一体化された基板及びカバーを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、電子装置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、電子装置の組み立て工程が大幅に簡素化されるようになり、電子装置の生産性向上に供することが可能となる。

また、セラミック製の基板及び金属製のカバーの２種類の部材を接合してなる複合材を、それぞれの材質を切断するのに適した２種のブレードを用いて切断することができるため、１種のブレードを用いて切断する場合に比して、切断により複合材に応力が発生するのを効果的に抑制でき、基板とカバーとが剥がれずに水晶振動素子の気密封止性を保って、共振周波数を一定に保持することができる。

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、本発明の電子装置の製造方法を適用して製造された水晶振動子を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は分解斜視図である。同図に示す水晶振動子は、大略的に、絶縁基体１と、電子部品素子としての水晶振動素子５と、カバー部材８とで構成されている。

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を設けられ、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、上述した絶縁基体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，リン青銅等の金属によって平板状をなすように形成されており、その下面には接合材９が形成される。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上に配置・接合される。

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層構造のものを用いる。厚みは、メタライズ層を１０μｍ〜２０μｍとし、Ｎｉ層を２μｍ〜８μｍとし、Ａｕ層を０．７μｍ〜１．４μｍとすれば良い。

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、前述した枠状絶縁層１ｃ（導体層４）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２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し、該基板領域を囲繞するように配された枠状絶縁層１ｃ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２（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枠状絶縁層１ａ、１ｂを相互に連結して一体化した板状絶縁基体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２（ａ）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１ｃ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母基板１５上面の各枠状絶縁層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、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が母基板１５上面の枠状絶縁層１ｃ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２（ｂ）に示す如く、工程Ｂにおいて一体化した母基板１５及び母カバー１６からなる接合体を、各基板領域の外周に沿って第１のブレード１２にて母カバー１６を切断することにより母基板１５が一部露出するようにして母カバー１６を厚み方向に貫通する貫通溝１３を形成する。

第１のブレード１２として、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を用いる。結合剤としては、Ｎｉなどが用いられる。

次に、図２（ｃ）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を貫通溝１３内に挿入して母基板１５を切断・分割する。これによって、図２（ｄ）に示すように、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、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円板状のレジンブレードを用いる。なお、添加物として、各種金属を用いても良い。この第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しても良い。

以上のような工程Ａ〜Ｃ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、母基板そのものが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。

これにより、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、セラミック製の基板及び金属製のカバーの２種類の部材を接合してなる複合材を、それぞれの材質を切断するのに適した２種のブレードを用いて切断することができるため、１種のブレードを用いて切断する場合に比して、切断により複合材に応力が発生するのを効果的に抑制でき、基板とカバーとが剥がれず水晶振動素子５の気密封止性を保って、共振周波数を一定に保持することができる。

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装置においても本発明は適用可能である。

本発明の電子装置の製造方法を適用して製造された水晶振動子（電子装置）を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は分解斜視図である。（ａ）乃至（ｄ）は、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。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斜視図である。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ブレード
１３・・・・・・貫通溝
１４・・・・・・第２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

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、
前記複数個の基板領域の境界において前記母基板を露出させるように、前記母カバー切断に用いる金属切断用の第１のブレードによって前記母カバーを切断して、しかる後、前記複数個の基板領域の境界において、前記第１のブレードとは異なる前記母基板切断に用いるセラミック切断用の第２のブレードによって前記母基板を切断・分割することにより複数個の電子装置を得る工程Ｃと、を含む電子装置の製造方法。
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に記載の電子装置の製造方法。