JP4942021B2

JP4942021B2 - 水晶振動子、及びその製造方法、

Info

Publication number: JP4942021B2
Application number: JP2006151766A
Authority: JP
Inventors: 宏和小林
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2006-05-31
Filing date: 2006-05-31
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2026-05-31
Also published as: JP2007324847A

Description

本発明は、水晶振動素子が絶縁膜を介して実装される基板、及び蓋体の材質に樹脂が用いられ、基板と蓋体が、それぞれの表面に形成された金属膜で接合されて形成される水晶振動子、及びその製造方法に関する。

従来の水晶振動子や水晶発振器といった電子部品においては、図５の一例のように開口部を有して底の有る空間を形成した個々の容器内底部側の絶縁された基板上に、水晶振動子や集積回路などの電子部品を搭載し、その容器開口部に一般的には金属から成るリッドを被せて気密封止されていた。

しかしながら、一方、最近の傾向では通信分野の伝送系装置等を中核として、その搭載部品についての非常に急激な市場からの小型化や低背化、更に加えて軽量化や低価格化の要求があり、水晶振動子や水晶発振器といった電子部品に関しても、その内部に水晶素板や集積回路部品を気密封止しながら、その外形サイズが例えば、２．５ｍｍ×２．０ｍｍといったように非常に小型のものと成って来ており、そのために従来から行われて来た、個々の電子部品を個別に製造する方法より更に生産効率が向上された製造方法が必要とされ、このような背景の下、本発明の水晶振動子、及びその製造方法が考え出された。

小型表面実装型の振動子のパッケージはセラミックス、ガラス、金属、樹脂などが用いられ、パッケージの精度が要求されるものには、耐湿度性、気密性の良いセラミック、金属、ガラスが使用されている。樹脂から成るパッケージ品は吸湿性と気密性の観点から、従来比較的、製品の電気的、及び機械的安定性に余裕のある一般民生品に使用されることが多い。しかしながら、昨今、先述したように、携帯端末用途には、例えばＩＣタグ、テレビ、ＧＰＳ、ＨＤＤなど拡大を続け、そのアプリケーションは増加し続け、要求される機能を満足するためにＧＰＳモジュール、ＨＤＤモジュール、チューナーモジュールなどの端末に搭載される機能部品は更に増加する傾向にある。一方、端末機器自体の大きさに制約があるために、ここでも精度、気密性、耐湿性は従来のままでありながら搭載される部品に対する小型低背化の要求は更に強くなっている。従来の水晶振動子が含まれる圧電振動子に関したものには以下のものがある。

特開平０９−３２６６５７号公報特開２００１−２４４７６７号公報特開２００５−１７５３４５号公報

なお、出願人は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至らなかった。

容器が金属製の缶で出来ているタイプ、及びセラミックで出来ているタイプともに工場内での容器（パッケージ）の内製化には、膨大な設備投資が必要となり、その為、外部から購入して使用することが一般的であるが、製品に対する市場のコストダウン要求は、先述の容器などの材料費価格を最低限まで圧縮したものとなっているのが現状である。

容器の部材価格を下げるには、従来から使用されていた材料を見直して変更し、改めて容器の内製化を検討する必要があるが、水晶振動子の特性の安定性の見地から、容器の良好な気密封止は絶対の条件であり、比較的安価な樹脂製の容器は、その気密度、及び樹脂製容器が有するおそれがある吸湿性といった性質から、高信頼性を求められる水晶振動子や水晶発振器といった電子部品に使用することは避けられる傾向があるといった問題があった。

また、実際の水晶振動子や水晶発振器といった電子部品の作り込みでは、個々の容器はその取り扱いにパレットと呼ばれる複数の容器を一括して取り扱う搬送器が必要となり、その搬送器を揃える分コストがかさむといった問題があった。

容器の精度、気密性、耐湿性のどれも満足させるためには、ガラス、セラミック、金属といった無機系の材料を容器に使用するのが一般的だが、低背化を実現するには、製品である電子部品の底部基板、及び蓋体の厚みをより薄くする必要がある。しかしながら、セラミックから成る基板を有する部品には蓋体に金属リッドを用いることが多く、この場合、セラミックと金属リッドの熱膨張係数の違いによって、金属リッドの容器への溶接・封止時には過剰な熱ストレスが加わり、その結果、歪が残留して十分な容器強度を保つことが出来ず、更なる低背化は困難となるおそれがあった。また、容器材料が樹脂から成る場合は、先述のように気密性、及び樹脂製容器が有するおそれがある吸湿性といった性質から耐湿性が十分満足できるものでは無く、高精度が要求される製品には使用することが出来ないおそれがあるといった問題があった。

本発明は上記の課題を解決するためのものであり、従ってその目的は、生産効率が著しく高く、信頼性の高い、水晶振動素子が絶縁膜を介して実装される基板、及び蓋体の材質に樹脂が用いられ、基板と蓋体が、基板面に形成された金属膜と絶縁膜の部分で陽極接合された水晶振動子、及びその製造方法を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明は、水晶振動素子がべース基板に載置され、第二の基板が該第二の基板の一方の主面に設けられた凹部内に該水晶振動素子を収納しつつ該ベース基板上に載置され、該ベース基板と該第二の基板とにより該水晶振動素子を気密に封止した構成の水晶振動子において、該ベース基板は、第一の基板と第一の絶縁膜と金属パターンとを備えており、該第一の基板は樹脂から成り、該第一の絶縁膜は、Ｓｉ又はガラスから成り、該第一の基板の一方の主面上全面に設けられており、該金属パターンは、該第一の絶縁膜上に所定の形状で設けられており、該第二の基板は樹脂から成り、該第二の基板の一方の主面上及び該凹部内の表面上の全面には、Ｓｉ又はガラスから成る第二の絶縁膜が設けられており、該凹部の開口縁部にあたる該第二の基板の一方の主面上に設けられている該第二の絶縁膜と、該ベース基板に形成された該金属パターンとが陽極接合により接合されている水晶振動子であることを特徴とする。

また、べース基板に水晶振動素子を載置し、第二の基板を該第二の基板の一方の主面に設けられた凹部内に該水晶振動素子を収納しつつ該ベース基板上に載置し、該ベース基板と該第二の基板とにより該水晶振動素子を気密に封止する水晶振動子の製造方法において、樹脂から成る第一の基板を複数個整列して一体で成形した第一のシート状の基板を形成する工程（Ｓ１０１）と、該第一のシート状の基板の一方の主面上全面に、Ｓｉ又はガラスから成る第一の絶縁膜を形成する工程（Ｓ１０２）と、該第一の絶縁膜上に個々の該第一の基板に対応した金属パターンを形成して、複数個のベース基板が整列して一体で成形したシート状ベース基板を形成する工程（Ｓ１０３）と、該シート状ベース基板上に、個々の該ベース基板毎にそれぞれ水晶振動素子を実装する工程（Ｓ１０４）と、樹脂から成り、且つ一方の主面上及び該凹部内の表面上の全面にＳｉ又はガラスから成る第二の絶縁膜を設けた該第二の基板を複数個整列して一体で形成した第二のシート状の基板を、個々の該水晶振動素子がそれぞれの凹部内に収納されるように該シート状ベース基板上に載置し、該第二のシート状の基板における個々の該凹部の開口縁部にあたる該第二の基板の一方の主面上に設けられている該第二の絶縁膜と、該シート状ベース基板に形成された該金属パターンとを陽極接合により接合する工程（Ｓ１０５）と、該第二のシート状の基板及び該ベース基板を所定の位置で切断し、個々の水晶振動子を得る工程（Ｓ１０６）と、を備えた水晶振動子の製造方法であることを特徴とする。

本発明によれば、容器の基材が樹脂から出来ていながら、従来に比べて著しく高信頼性を有する水晶振動子を得ることが出来る。

また、容器の基材に樹脂を用いるために靭性があり、薄く形成しても十分なベンディング強度が確保され、かつ、樹脂表面に絶縁膜がコートされているために十分な気密性、耐湿性が確保され、その結果、著しく低背化された水晶振動子を得ることが出来る。

また、シート状の集合基板の状態で組み立てから封止まで製造するため、個々の容器にわかれた水晶振動子の作り込みに使用されるパレットといった搬送器を必要とすること無く、従来に比べて著しく生産効率良く、生産コストを抑えて水晶振動子を製造することが出来る。

以下に図面を参照しながら本発明の実施の一形態について説明する。なお、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。また、それぞれの図においては、本発明を理解し易くするためにデフォルメされた形で図示されている。

図１は本発明の水晶振動子５をその側面方向からみた概略の断面模式図である。即ち、水晶振動子５は、大略的に、水晶振動素子１がべース基板３に載置され、第二の基板１１が第二の基板１１の一方の主面に凹成型加工により設けられた凹部１０内に水晶振動素子１を収納しつつベース基板３上に載置され、ベース基板３と第二の基板１１とにより水晶振動素子１を気密に封止した構成である。ベース基板３には第一の基板７と第一の絶縁膜８と金属パターン９とが備わっている。第一の基板７は液晶ポリマー（ＬＰＣ）といった薄肉化が可能な樹脂６から成る。第一の絶縁膜８はＳｉ又はガラスから成り、第一の基板７の一方の主面上全面に設けられている。金属パターン９は、第一の絶縁膜８上に、フォトリソグラフィー技術などを用いて、回路パターン及び封止の際に用いられる金属として設けられている。第二の基板１１は液晶ポリマー（ＬＰＣ）といった薄肉化が可能な樹脂６から成る。この第二の基板１１の一方の主面上及び凹部１０内の表面上の全面には、Ｓｉ又はガラスから成る第二の絶縁膜１２が設けられている。凹部１０の開口縁部にあたる第二の基板１１の一方の主面上に設けられている第二の絶縁膜１２と、ベース基板３に形成された金属パターン９とが陽極接合により接合されている。第一の絶縁膜８及び第二の絶縁膜１２は、ベース基板３又は第二の基板１１の陽極接合される側の面に形成されていれば良いが、それぞれの基板の陽極接合される側の面とは反対側の裏側の面に形成されていても構わず、この場合も本発明の技術的範囲に含まれることはいうまでも無い。裏側の面にも絶縁膜が形成される場合、第一の基板７では、この水晶振動子５が搭載される搭載基板と電気的な接続のための接続端子や接続パッドがあるが、これらについても先述のフォトリソグラフィー技術などを用いて絶縁膜上に設けることが出来る。第一の絶縁膜８の表面に形成される金属パターン９にはアルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）といった陽極接合に適した材料が用いられる。本発明の水晶振動子５は、水晶振動子５の容器（パッケージ）の基材に樹脂６を用いるために靭性があり、そのため薄く形成しても十分なベンディング強度が確保され、かつ、樹脂表面に絶縁膜がコートされているために十分な気密性、耐湿性が確保され、その結果、著しく低背化された水晶振動子５を得ることが出来る。

図２は本発明の水晶振動子５を斜め上方方向からみた概略の上面斜視模式図である。なお、図２中に点線で示された部分は、水晶振動子５内部に載置された水晶振動素子１の実装状態を示すために描かれたものである。

図３は本発明の水晶振動子５の製造工程図である。即ち、まず、工程（Ｓ１０１）として、液晶ポリマー（ＬＰＣ）といった薄肉化が可能な樹脂６から成る第一の基板７を複数個整列して一体で成形した第一のシート状の基板を形成する。次に、工程（Ｓ１０２）として、第一のシート状の基板の一方の主面上全面に、Ｓｉ又はガラスから成る第一の絶縁膜８を形成する。次に、工程（Ｓ１０３）として、第一の絶縁膜８上に個々の第一の基板７に対応して、フォトリソグラフィー技術などを用いて、回路パターン及び封止の際に用いられる金属となる金属パターン９を形成して、複数個のベース基板３が整列して一体で成形したシート状ベース基板を形成する。次に、工程（Ｓ１０４）として、このシート状ベース基板上に、個々のベース基板３毎にそれぞれ水晶振動素子１を実装する。次に、工程（Ｓ１０５）として、液晶ポリマー（ＬＰＣ）といった薄肉化が可能な樹脂６から成り、且つ一方の主面上及び凹部１０内の表面上の全面にＳｉ又はガラスから成る第二の絶縁膜１２を設けた第二の基板１１を複数個整列して一体で形成した第二のシート状の基板を、個々の水晶振動素子１がそれぞれの凹部１０内に収納されるようにシート状ベース基板上に載置し、第二のシート状の基板における個々の凹部１０の開口縁部にあたる第二の基板１１の一方の主面上に設けられている第二の絶縁膜１２と、シート状ベース基板に形成された金属パターン９とを陽極接合により接合する。最後に、工程（Ｓ１０６）として、接合されている第二のシート状の基板及び該ベース基板を所定の位置で切断し、個々の水晶振動子５を得る。本発明の水晶振動子５の製造方法により、シート状の集合基板の状態で組み立てから封止に至るまで製造するために、個々の容器にわかれた水晶振動子５の作り込みに使用されるパレットといった搬送器を必要とすること無く、従来に比べて著しく生産効率良く、生産コストを抑え水晶振動子５を製造することが出来る。

図４は本発明の水晶振動子５の製造方法について、上から工程をおって矢印の順にその製造の模様を示した概略模式図である。図４のなかで、蓋体である凹部１０を有する第二の基板１１については、樹脂６からなる基板上に形成された第二の絶縁膜１２を介して第一の基板７の金属パターン９と接合される模様が模式的に図示されている。

図５は、従来からの開口部を有し、底の有る空間を形成した個々の容器内の底部の絶縁された基板上に、水晶振動素子１を搭載し、その容器開口部に金属から成るリッドを被せて気密封止された水晶振動子５をその側面方向からみた概略の側面断面模式図である。容器がセラミックから成る基板を有する部品には図５のように蓋体に金属リッドを用いることが多く、この場合、セラミックと金属リッドの熱膨張係数の違いによって、金属リッドの容器への溶接・封止時には過剰な熱ストレスが加わり、その結果、歪が残留して十分な容器強度を保つことが出来ず、更なる低背化は困難となるおそれがあるといった問題があった。

本発明の水晶振動子をその側面方向からみた概略の側面断面模式図である。本発明の水晶振動子を斜め上方方向からみた概略の上面斜視模式図である。なお、図２中の点線で示された部分は、水晶振動子内部に載置された水晶振動素子の実装状態を示すために描かれたものである。本発明の水晶振動子の製造工程図である。本発明の水晶振動子の製造方法について、上から工程を追って矢印の順にその製造の模様を示した概略模式図である。従来からの開口部を有し底の有る空間を形成した個々の容器内の底部側の絶縁された基板上に、水晶素板を搭載し、その容器開口部に金属から成るリッドを被せて気密封止された水晶振動子をその側面方向からみた概略の側面断面模式図である。

符号の説明

１水晶振動素子
２第一のシート状部材
３ベース基板
４第二のシート状部材
５水晶振動子
６樹脂
７第一の基板
８第一の絶縁膜
９金属パターン
１０凹部
１１第二の基板
１２第二の絶縁膜
１３上縁開口部封止面

Claims

水晶振動素子がべース基板に載置され、第二の基板が該第二の基板の一方の主面に設けられた凹部内に該水晶振動素子を収納しつつ該ベース基板上に載置され、該ベース基板と該第二の基板とにより該水晶振動素子を気密に封止した構成の水晶振動子において、
該ベース基板は、第一の基板と第一の絶縁膜と金属パターンとを備えており、
該第一の基板は樹脂から成り、
該第一の絶縁膜は、Ｓｉ又はガラスから成り、該第一の基板の一方の主面上全面に設けられており、
該金属パターンは、該第一の絶縁膜上に所定の形状で設けられており、
該第二の基板は樹脂から成り、
該第二の基板の一方の主面上及び該凹部内の表面上の全面には、Ｓｉ又はガラスから成る第二の絶縁膜が設けられており、
該凹部の開口縁部にあたる該第二の基板の一方の主面上に設けられている該第二の絶縁膜と、該ベース基板に形成された該金属パターンとが陽極接合により接合されていることを特徴とする水晶振動子。
べース基板に水晶振動素子を載置し、第二の基板を該第二の基板の一方の主面に設けられた凹部内に該水晶振動素子を収納しつつ該ベース基板上に載置し、該ベース基板と該第二の基板とにより該水晶振動素子を気密に封止する水晶振動子の製造方法において、
樹脂から成る第一の基板を複数個整列して一体で成形した第一のシート状の基板を形成する工程（Ｓ１０１）と、
該第一のシート状の基板の一方の主面上全面に、Ｓｉ又はガラスから成る第一の絶縁膜を形成する工程（Ｓ１０２）と、
該第一の絶縁膜上に個々の該第一の基板に対応した金属パターンを形成して、複数個のベース基板が整列して一体で成形したシート状ベース基板を形成する工程（Ｓ１０３）と、
該シート状ベース基板上に、個々の該ベース基板毎にそれぞれ水晶振動素子を実装する工程（Ｓ１０４）と、
樹脂から成り、且つ一方の主面上及び該凹部内の表面上の全面にＳｉ又はガラスから成る第二の絶縁膜を設けた該第二の基板を複数個整列して一体で形成した第二のシート状の基板を、個々の該水晶振動素子がそれぞれの凹部内に収納されるように該シート状ベース基板上に載置し、該第二のシート状の基板における個々の該凹部の開口縁部にあたる該第二の基板の一方の主面上に設けられている該第二の絶縁膜と、該シート状ベース基板に形成された該金属パターンとを陽極接合により接合する工程（Ｓ１０５）と、
該第二のシート状の基板及び該ベース基板を所定の位置で切断し、個々の水晶振動子を得る工程（Ｓ１０６）と、
を備えたことを特徴とする水晶振動子の製造方法。