JP4673670B2 - 圧電デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動子を用いた圧電デバイスに関するものである。

従来、圧電素板の両主面に電極を形成した圧電振動素子をパッケージ内部に搭載した、例えば、圧電振動子や、圧電振動子と発振回路とを同一のパッケージ内に搭載した圧電発振器、あるいは、特定の周波数帯を分離する圧電フィルタ等の圧電デバイスが、携帯用通信機器や電子計算機等の電子機器に多用されている。そして近年、表面実装に対応した形状の圧電デバイスが開発され、電子機器の小型化に伴って、これらの圧電デバイスも小型化が進められている。

かかる従来の圧電デバイスの一例として、圧電材として水晶を使用した水晶振動子を示す。容器体のキャビティ部空間内底面には、一対の素子接続用電極パッドが設けられている。この素子接続用電極パッド上には、導電性接着材を介して電気的に接続される一対の励振電極を表裏主面に有した水晶振動素子が搭載されており、この水晶振動素子を囲繞する容器体の側壁頂部には導体パターンが形成されている。
この導体パターンの上に金属製のカバーを被せ、熱圧着等で導体パターンとカバーとを接合することにより、水晶振動素子の搭載空間（キャビティ部空間）を気密封止した水晶振動子となる（例えば、特許文献１参照。）。
また、前記カバーは、従来周知の金属加工法を採用し、４２アロイ等の金属を所定形状に成形することによって製作される。前記カバーの上面には、ニッケル（Ｎｉ）層が形成され、更にニッケル（Ｎｉ）層の上面に金（Ａｕ）層が形成され、封止材であるクラッド化された金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層が形成される。

かかる水晶振動子は、容器体の下面に設けられる入出力端子並びにグランド端子等の外部端子を介して水晶振動素子の励振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。

前述のような水晶振動子等を含む圧電デバイスについては、以下のような文献が開示されている。
特開２００１−２７４６４９号公報

尚、前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を本件出願時までに発見するに到らなかった。

しかしながら、従来の圧電デバイスでは、マスター基板に封止材を全面に被着形成されているので、載置・接合する際には、封止材が流出してしまい、各基板部の封止材量が偏ってしまい、封止材が減少した部ではリーク不良を起こし、封止材が増加した部では圧電振動素子に封止材が付着し発振特性が変動してしまっていた。

そこで、本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、封止材のキャビティ内への流入を防止し、封止材の減少及び／又は増加によるリーク不良や発振特性の変動を防止し、安定した圧電デバイスの製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、マトリクス状に配列された複数個の基板部と隣接する捨代部を有するマスター基板の前記各基板部に圧電振動素子を搭載する圧電振動素子搭載工程と、前記基板部と１対１に対応する複数個のカバー部と前記捨代部と対応する余剰部とを有するマスターカバーの前記余剰部を含む前記マスター基板との接合面又は前記マスター基板の前記捨代部を含む前記マスターカバーとの接合面に封止材を被着形成する封止材被着工程と、前記余剰部又は前記捨代部に対応する前記封止材を除去する封止材除去工程と、前記マスターカバーで前記圧電振動素子が封止されるようにして前記マスターカバーを前記マスター基板上に載置・接合する載置接合工程と、前記マスター基板及び前記マスターカバーを各基板部の外周に沿って一括的に切断することにより複数個の圧電デバイスを同時に得る個片化工程と、を含む圧電デバイスの製造方法である。

また、本発明は、前記封止材除去工程において、除去する前記封止材を、前記余剰部又は前記捨代部に対応する部分に代えて、前記余剰部又は前記捨代部に対応する前記封止材の所定の部分を除去部として除去しても良い。

また、本発明は、前記封止材除去工程が前記封止材被着工程の後に行われ、前記封止材がシート状であって、当該封止材に除去部を設けても良い。

また、本発明は、前記余剰部又は前記捨代部に、所定幅でかつ所定長さで形成しても良い。

また、本発明は、前記載置接合工程の前に前記マスターカバーを前記マスター基板に仮付けする仮付工程を有しても良い。

本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、余剰部又は捨代部に対応する封止材を除去することによって、マスターカバーで圧電振動素子が封止されるようにして前記マスター基板上に載置・接合する際に、封止材の量に偏りが生じないので、封止材が圧電振動素子に被着するのを防止することが可能となる。

また本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、封止材除去工程において、除去する前記封止材を、前記余剰部又は前記捨代部に対応する部分に代えて、前記余剰部又は前記捨代部に対応する前記封止材の所定の部分を除去部として除去するので、基板部における封止材の低減することがなく、リーク不良を防止することが可能となる。また、封止材の増加によって、封止材が圧電振動素子に被着することによって生じる発振特性の変動を防止することが可能となる。

また本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、封止材除去工程が封止材被着工程の後に行われ、シート状の前記封止材に前記除去部を設けることによって、マスターカバーとマスター基板とを接合するときに溶融する封止材の流出を防止するので、基板部における封止材の低減することがなく、リーク不良を防止することが可能となる。また、封止材の増加によって、封止材が圧電振動素子に被着することによって生じる発振特性の変動を防止することが可能となる。

更に本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、封止材の除去部が所定幅でかつ所定長さで形成されることによって、それぞれの基板部から封止材が流出するのを防止することが可能となる。

また更に本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、前記マスターカバーを前記マスター基板に仮付けする工程を有することにより、前記マスターカバーのカバー部とマスター基板の基板部とを位置合わせの精度を向上させることが可能となる。

次に、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

（第一の実施形態）
図１は個片化する前の状態の一例を示す分解斜視図である。図２（ａ）は、個片化する前の状態の一例を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、個片化した後の一例を示す斜視図である。図３は、本発明の圧電デバイスの製造方法にかかる各工程を示すフローチャートである。
図２（ｂ）に示すように、本発明の第一の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法により得られる当該圧電デバイスである圧電振動素子１００は、大略的に、基板１と、圧電振動素子としての水晶振動素子２と、カバー３とで構成されている。

この基板１は、マスター基板１２において複数個の基板部Ａがマトリクス状に配列され、各基板部Ａの間には捨代部Ｂが配列された状態となっており、後述するマスターカバー１１のカバー部ａと接合された状態で切断されてなるものである（以下、「基板部」を「基板」という場合がある。）。
ここで、捨代部Ｂは、各基板部Ａを切断する切断手段の切代幅分を吸収する役割を果たす。例えば、レーザーで切断を行う場合は、照射されるレーザーの幅分を捨代部Ｂ側にして切断することで、各基板部Ａの寸法形状を均一にすることができるようになっている。

このマスター基板１２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絶縁層を、矩形の平板状で少なくとも２層積層され、さらに、セラミック材料からなるマトリクス状、即ち、縦ｍ列×横ｎ行の行列状に配置された多数の矩形状のキャビティ４を有する基板部Ａとこの各基板部Ａと隣接する捨代部Ｂとを有する板状体を積層して形成されている。
キャビティ４を中心に有する個々の基板部Ａは、上面側にキャビティ４底面の一対の接続パッド５と開口周縁を囲む環状の接合用の導体層６が被着・形成され、下面側には入力端子、出力端子及びグランド端子含む複数個の外部端子電極（図示せず）がそれぞれ
被着・形成されている。
入力端子、出力端子及びグランド端子含む複数個の外部端子電極は、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所定量の有機溶剤等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートの表面等にこれら接続パッドや外部端子電極、導体パターン等となる導体ペーストを所定パターンで印刷・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得られる。

搭載パッド５は、その上面側で後述する水晶振動素子２の励振電極に導電性接着材を介して電気的に接続され、下面側で容器体１上の導体層６や容器体内部のビア導体等を介して容器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。

導体層６は、その上面側で後述するカバー３に後述する封止材１０を介して電気的に接続され、下面側で基板部Ａ内部のビア導体等を介して基板部Ａ下面の外部端子電極の１つであるグランド端子に電気的に接続される。

水晶振動素子２は、所定の結晶軸でカットした水晶片の両主面に一対の励振電極を被着・形成してなり、外部からの変動電圧が一対の励振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。
このような水晶振動素子２は、その両主面に被着されている励振電極と容器体上面の対応する搭載パッド５とを導電性接着材を介して電気的・機械的に接続することによって基板部Ａ（基板１）のキャビティ４底面に搭載される。

前記導電性接着材は、シリコン樹脂やポリイミド樹脂等から成る樹脂材料中にＡｇ等から成る導電性粒子を所定量、添加・混合してなるものである。

そして更に、前記基板部Ａのキャビティ４の開口周縁には、カバー３が取着されている。このカバー３は、マスターカバー１１において複数個のカバー部ａがマスター基板１２の基板部Ａと１対１に対応するようにしてマトリクス状に配列され、かつ、余剰部ｂがマスター基板１２の捨代部Ｂと１対１に対応するように配列された状態となっており、マスター基板１２の基板部Ａと接合された状態で切断されるものである。
なお、余剰部ｂは、捨代部Ｂと同様の役割を果たす。
マスターカバー１１は、基板部Ａと対応するカバー部ａと当該カバー部ａに隣接し、捨代部Ｂと対応する余剰部ｂとから構成されている。
マスターカバー１１としては、例えば、４２アロイやコバール，リン青銅等の金属を用いれば良く、前記カバー３の外周部には、Ｎｉ、Ａｕの金属層が形成され、前記金属層に金錫（Ａｕ−Ｓｎ）等の封止材１０を被着されており、厚み６０μｍ〜１００μｍの金属板を従来周知の板金加工にて所定形状に加工することによって製作される。
カバー３の外周部の封止材１０と基板部Ａの導体層６とが環状に接合することによって基板部Ａの上面に取着されている。

カバー３は、基板部Ａとで囲まれる部分に水晶振動素子２を収容して気密封止するためのものであり、前述した導体層６を介して基板部Ａ下面の外部端子電極に接続される。
よって、水晶振動子１００の使用時、回路母基板に外部端子電極を用いて接続すると、前記カバー３は、グランド電位に保持されることとなり、水晶振動素子２がカバー３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。

また、このマスター基板１２とマスターカバー１１とを気密封止するために、マスターカバー１１に封止材１０を被着させている。
この封止材１０は、例えば、シート状であって金錫（Ａｕ−Ｓｎ）等のロウ材からなり、マスターカバー１１の余剰部ｂに十字形状の除去部１３を形成している。
詳しくは、カバー部ａの交差する箇所における前記余剰部ｂに所定幅でかつ所定長さで除去部１３を形成している。
つまり、図１に示すように、隣り合う２つのカバー部ａ，ａの間の余剰部ｂでは、除去部１３が矩形形状となっている。したがって、マトリックス状に配列された状態となる４つのカバー部ａ，ａ，ａ，ａの間の余剰部ｂでは、十字形状の除去部１３を形成することとなる。
なお、これら矩形形状の除去部１３と十字形状の１３除去部１３とは、図１に示すように分離した状態となっていても良いし、連結した状態としても良い。
このように、除去部１３を形成することにより、マスター基板１２とマスターカバー１１とを接合する際に溶融した封止材１０が除去部１３に流入するので、水晶振動素子２に封止材が付着するのを防止することができる。

次に、上述した圧電デバイスの製造方法について図１〜図３を用いて説明する。

（圧電振動素子搭載工程）
マスター基板１２の各基板部Ａのキャビティ４底面に、水晶振動素子２を1個ずつ搭載（Ｓ１）し、水晶振動素子２の励振電極とマスター基板１２上面の搭載パッド５とを導電性接着剤を介して電気的・機械的に接続する。
なお、水晶振動素子２の搭載前に、搭載パッド５や外部端子電極、導体層６等のパターンを予め形成しておく。

（封止材被着工程）
次に、複数個のカバー部ａを有しているマスターカバー１１の表面をメッキ処理し、シート状の封止材１０を被着形成（Ｓ２）する。

（封止材除去工程）
次に、マスターカバー１１において、マスター基板１２の基板部Ａに搭載される水晶振動素子２に対応する部分とカバー部ａの交差する箇所における余剰部ｂに設けられている除去部１３を従来周知のエッチング手法で除去し、当該カバー部の交差する箇所における余剰部ｂに除去部１３を形成（Ｓ３）する。

余剰部ｂの封止材１０を除去することによって、マスターカバー１１で水晶振動素子２が封止されるようにしてマスター基板１２上に載置・接合する際に溶融する封止材１０の流出を防止することができるので、封止材１０が水晶振動素子２に被着するのを防止することが可能となり、また、基板部Ａにおいて封止材１０が低減することがなく、リーク不良を防止することが可能となる。
また、余剰部ｂに形成される除去部１３が所定幅でかつ所定長さで形成されることにより、特に、マトリックス状に配列された状態となる４つのカバー部ａ，ａ，ａ，ａの間の余剰部ｂに除去部１３が十字形状に形成されることにより、封止材１０の流出を更に有効に防止することが可能である。

（仮付工程）
また、マスターカバー１１を、各カバー部ａの内側に対応する基板部Ａの水晶振動素子２が配されるようにしてマスター基板１２上に載置させる際にマスター基板１２と前記マスターカバー１１とを仮固定（Ｓ４）する。これにより、封止時にずれることなく、安定して封止することができる。

（載置接合工程）
このようなマスターカバー１１を、各カバー部ａの内側に対応する基板部Ａの水晶振動素子２が配されるようにしてマスター基板１２上に載置させ、レーザ等の加熱手段により、前記封止材１０を高温で加熱・溶融させることによってマスターカバー１１とマスター基板１２とを接合（Ｓ５）する。
尚、上述した一連の接合のための工程は、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中若しくは、真空雰囲気中で行うのが好ましく、水晶振動素子２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。

（個片化工程）
そして最後に、図２（ａ）（ｂ）に示す如く、一体化したマスター基板１２及びマスターカバー１１を各基板部Ａの外周に沿って分割・切断（Ｓ６）する。

マスター基板１２及びマスターカバー１１の切断は、例えば、ダイサー等を用いてマスター基板１２とマスターカバー１１とをマスター基板１２側から一括的に切断することによって行われ、これによって複数個の水晶振動子１００が同時に得られる。切断の方向としては、上述のようにマスター基板１２側から行わず、マスターカバー１１側から行っても良く、切断手段及びマスター基板１２、マスターカバー１１に用いられる材料などとの関係で適当に選択することができる。

このような工程により水晶振動子１００を製作する場合、水晶振動子１００の組み立てに先立って、基板１やカバー３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基板１とカバー３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１００の組み立てに際して、マスター基板１２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、マスター基板１２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３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１００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１００の生産性向上に供することが可能となる。

（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法について説明する。
本実施形態における圧電デバイスの製造方法は、封止材被着工程において封止材１０をマスター基板１２に被着している点で第一の実施形態と異なる。
このように、封止材１０をマスター基板１２に被着していることにより、封止材除去工程において除去部１３がマスター基板１２の基板部Ａの交差する箇所における前記捨代部Ｂに十字形状を形成するように除去されている。
つまり、隣り合う２つのカバー部の間の余剰部では、除去部１３が矩形形状となっている。したがって、マトリックス状に配列された状態となる４つのカバー部の間の余剰部ｂでは、十字形状の除去部１３を形成することとなる。
このように本発明の第二の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法を構成しても、第一の実施形態と同様の効果を奏する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には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、各実施形態においては、水晶振動子で説明を行ったが、集積回路素子を搭載した水晶発振器であっても構わない。

また各実施形態において、圧電振動素子として水晶振動素子を用いた水晶振動子を例にとって説明したが、これに代えて、圧電振動素子として弾性表面波（ＳＡＷ）フィルタ等の他の圧電振動素子を用いる場合にも本発明は適用可能である。

個片化する前の状態の一例を示す分解斜視図である。 （ａ）は個片化する前の状態の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は個片化した後の一例を示す斜視図である。 本発明の圧電デバイスの製造方法にかかる各工程を示すフローチャートである。

符号の説明

１・・・基板
２・・・水晶振動素子（圧電振動素子）
３・・・カバー
４・・・キャビティ
５・・・搭載パッド
６・・・導体層
１０・・封止材
１１・・マスターカバー
１２・・マスター基板
１３・・除去部
Ａ・・・基板部
Ｂ・・・捨代部
ａ・・・カバー部
ｂ・・・余剰部

Claims (5)

1. マトリクス状に配列された複数個の基板部と隣接する捨代部を有するマスター基板の前記各基板部に圧電振動素子を搭載する圧電振動素子搭載工程と、
   前記基板部と１対１に対応する複数個のカバー部と前記捨代部と対応する余剰部とを有するマスターカバーの前記余剰部を含む前記マスター基板との接合面又は前記マスター基板の前記捨代部を含む前記マスターカバーとの接合面に封止材を被着形成する封止材被着工程と、
   前記余剰部又は前記捨代部に対応する前記封止材を除去する封止材除去工程と、
   前記マスターカバーで前記圧電振動素子が封止されるようにして前記マスターカバーを前記マスター基板上に載置・接合する載置接合工程と、
   前記マスター基板及び前記マスターカバーを各基板部の外周に沿って一括的に切断することにより複数個の圧電デバイスを同時に得る個片化工程と、
   を含む圧電デバイスの製造方法。
2. 前記封止材除去工程において、除去する前記封止材を、前記余剰部又は前記捨代部に対応する部分に代えて、前記余剰部又は前記捨代部に対応する前記封止材の所定の部分を除去部として除去することを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイスの製造方法。
3. 前記封止材除去工程が前記封止材被着工程の後に行われ、前記封止材がシート状であって、当該封止材に除去部を設けることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイスの製造方法。
4. 前記除去部が、前記余剰部又は前記捨代部に、所定幅でかつ所定長さで形成されることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の圧電デバイスの製造方法。
5. 前記載置接合工程の前に前記マスターカバーを前記マスター基板に仮付けする仮付工程を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の圧電デバイスの製造方法。

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