説明

圧電発振器の製造方法

【課題】 集積回路素子と集積回路素子搭載パッドとの接続強度を維持し、薄型化することができる圧電発振器の製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】 本発明の圧電発振器の製造方法は、素子搭載部材の一方の主面に設けられている2個一対の圧電振動素子搭載パッドに圧電振動素子を導電性接着剤によって搭載する圧電振動素子搭載工程と、蓋部材と素子搭載部材とを接合する蓋部材接合工程と、素子搭載部材の他方の主面に設けられている集積回路素子搭載パッドと接続されており、素子搭載部材側に設けられる第1の金属層とこの第1の金属層上に設けられる第2の金属層とにより構成されている配線パターンの内の第1の金属層を除去する第1の金属層除去工程と、集積回路素子を素子搭載部材の他方の主面に設けられている集積回路素子搭載パッドに搭載する集積回路素子搭載工程と、を含むことを特徴とするものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子機器等に用いられる圧電発振器の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来の圧電発振器は、その例として素子搭載部材、圧電振動素子、蓋部材、集積回路素子とから主に構成されている。
素子搭載部材は、基板部と、第1の枠部と、第2の枠部で主に構成されている。
この素子搭載部材は、基板部の一方の主面に第1の枠部が設けられて第1の凹部空間が形成され、基板部の他方の主面に第2の枠部が設けられて第2の凹部空間が形成されている。
また、第1の枠部は、基板部の一方の主面の外周を囲繞するように設けられた封止用導体膜の主面にロウ付けなどにより接合される。
2個一対の圧電振動素子搭載パッドは、第1の凹部空間内に露出する基板部の一方の主面に設けられている。
集積回路素子搭載パッドは、第2の凹部空間内に露出する基板部の他方の主面に設けられている。
また、配線パターンは、第2の凹部空間内露出する基板部の他方の主面に設けられ、前記集積回路素子搭載パッドと接続されている。
また、基板部は、積層構造となっており、基板部の内層には、内部配線パターン等が設けられている。
前記配線パターンと前記内部配線パターンとにより圧電振動素子搭載パッドは、素子搭載部材の第2の凹部空間内に露出する基板部の他方の主面に設けられている集積回路素子搭載パッドと接続している。
【0003】
また、このような圧電振動素子は、圧電素板の表裏主面にそれぞれ設けられた励振用電極から一辺に延設された引き出し電極を圧電振動素子搭載パッドに導電性接着剤で固着することで片持ち固定されている。このときの引き出し電極が設けられた一辺とは反対側の端辺を圧電振動素子の自由端である先端部とする(特許文献1参照)。
【0004】
集積回路素子は、前記素子搭載部材の第2の凹部空間内に露出した基板部の主面に設けられた集積回路素子搭載パッドに導電性接合材で搭載されている。
【0005】
蓋部材は、素子搭載部材の第1の枠部の頂面に被せられ、接合されている。これにより、第1の凹部空間が気密封止されている。
【0006】
また、従来の圧電発振器の製造方法は、
素子搭載部材の一方の主面に設けられている圧電振動素子搭載パッドに圧電振動素子を搭載する圧電振動素子搭載工程と、前記素子搭載部材の第1の枠部と蓋部材とを接合する蓋部材接合工程と、素子搭載部材の他方の主面に設けられている集積回路素子搭載パッドに集積回路素子を搭載する集積回路素子搭載工程と、を有している(例えば、特許文献2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2008−252782号公報
【特許文献2】特許第3398331号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、従来の圧電発振器の製造方法では、圧電発振器を小型化すると、素子搭載部材の他方の主面に設けられている集積回路素子搭載パッドに集積回路素子を搭載する集積回路素子搭載工程の時に、素子搭載部材の他方の主面に設けられている集積回路素子搭載パッドと接続されている配線パターンに導電性接合材が流れ出てしまう恐れがある。よって、導電性接合材の量を確保することができなくなるので、集積回路素子と集積回路素子搭載パッドとの接続強度が低下してしまうといった課題があった。
また、圧電振動素子搭載パッドと集積回路素子搭載パッドを電気的に接続させるために、配線パターンを素子搭載部材の他方の主面に設けず、内部配線パターンのみで設けると、素子搭載部材の積層数が増えてしまい、圧電発振器を薄型化することができないといった課題があった。
【0009】
本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、集積回路素子と集積回路素子搭載パッドとの接続強度を維持し、薄型化することができる圧電発振器の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の圧電発振器の製造方法は、素子搭載部材の一方の主面に設けられている2個一対の圧電振動素子搭載パッドに圧電振動素子を導電性接着剤によって搭載する圧電振動素子搭載工程と、蓋部材と素子搭載部材とを接合する蓋部材接合工程と、素子搭載部材の他方の主面に設けられている集積回路素子搭載パッドと接続されており、素子搭載部材側に設けられる第1の金属層とこの第1の金属層上に設けられる第2の金属層とにより構成されている配線パターンの内の第1の金属層を除去する第1の金属層除去工程と、集積回路素子を素子搭載部材の他方の主面に設けられている集積回路素子搭載パッドに搭載する集積回路素子搭載工程と、を含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0011】
本発明の圧電発振器の製造方法によれば、素子搭載部材の他方の主面に設けられ、集積回路素子搭載パッドと接続されており、素子搭載部材側に設けられる第1の金属層とこの第1の金属層上に設けられる第2の金属層により構成されている配線パターンの内の第1の金属層を除去することによって、素子搭載部材の他方の主面に設けられている集積回路素子搭載パッドに集積回路素子を搭載する集積回路素子搭載工程の時に、素子搭載部材の他方の主面に設けられている集積回路素子搭載パッドと接続されている配線パターンに導電性接合材が流れ出てしまうことを防ぐことができる。よって、導電性接合材の量を確保することができるので、集積回路素子と集積回路素子搭載パッドとの接続強度が維持することができる。
また、圧電振動素子搭載パッドと集積回路素子搭載パッドを電気的に接続させるために、内部配線パターンのみで設ける必要がないため、素子搭載部材の積層数が増えることがなくなる。よって、圧電発振器を薄型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法で形成された圧電デバイスを示す分解斜視図である。
【図2】図1のA−A断面図である。
【図3】図1のB−B断面図である。
【図4】(a)は、本発明の圧電発振器の製造方法の圧電振動素子搭載工程で圧電振動素子を搭載する前の状態を示す断面図であり、(b)は、本発明の圧電発振器の製造方法の蓋部材接合工程を示す断面図である。
【図5】(a)は、本発明の圧電発振器の製造方法の第1の金属層除去工程を示す断面図であり、(b)は、本発明の圧電発振器の製造方法の集積回路素子搭載工程を示す断面図である。
【図6】(a)は、本発明の圧電発振器の製造方法の第1の金属層除去工程で配線パターンの第1の金属層を除去する前の状態を示す平面図であり、(b)は、本発明の圧電発振器の製造方法の第1の金属層除去工程で配線パターンの第1の金属層を除去した後の状態を示す平面図であり、(c)は、本発明の圧電発振器の製造方法の集積回路素子搭載工程を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、圧電振動素子に水晶を用いた場合について説明する。また、図示した寸法も一部誇張して示している。
【0014】
図1〜図3に示すように、本発明の実施形態に係る圧電発振器100は、素子搭載部材110と圧電振動素子120と蓋部材130と集積回路素子140で主に構成されている。この圧電発振器100は、前記素子搭載部材110に形成されている第1の凹部空間K1内に圧電振動素子120が搭載され、前記素子搭載部材110に形成されている第2の凹部空間K2内に集積回路素子140が搭載され、その第1の凹部空間K1が蓋部材130により気密封止された構造となっている。
【0015】
圧電振動素子120は、図1〜図3に示すように、水晶素板121に励振用電極122を被着形成したものであり、外部からの交番電圧が励振用電極122を介して水晶素板121に印加されると、所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。
水晶素板121は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し外形加工を施された概略平板状で平面形状が例えば四角形となっている。
励振用電極122は、前記水晶素板121の表裏両主面に金属を所定のパターンで被着・形成したものである。
このような圧電振動素子120は、その両主面に被着されている励振用電極122から延出する引き出し電極124と後述する第1の凹部空間K1内底面に形成されている後述する圧電振動素子搭載パッド111とを、導電性接着剤DSを介して電気的且つ機械的に接続することによって第1の凹部空間K1に搭載される。このときの引き出し電極124が設けられた一辺とは反対側の端辺を圧電振動素子120の自由端である先端部123とする。
【0016】
集積回路素子140は、図1〜図3に示すように、回路形成面に前記圧電振動素子120からの発振出力を生成する発振回路等が設けられており、この発振回路で生成された出力信号は外部接続用電極端子Gを介して圧電発振器100の外へ出力され、例えば、クロック信号等の基準信号として利用される。
また、集積回路素子140には、可変容量素子に周囲温度に応じた制御電圧を印加して温度変化による発振回路の発振周波数の変動を補償するため、3次関数発生回路及び記憶素子部により温度補償回路部が設けられており、3次関数発生回路には、温度センサが接続されている。
この温度センサは、検出した温度と、温度センサに印加させる電圧値とに基づいて生成される温度データ信号(電圧値)が3次関数発生回路に出力される構成となっている。
【0017】
また、集積回路素子140は、後述する素子搭載部材110の第2の凹部空間K2内に露出した基板部110aに設けられた後述する集積回路素子搭載パッド112に、例えば半田等の導電性接合材DZを介して搭載されている。
【0018】
図1及び図2に示すように、素子搭載部材110は、基板部110aと、第1の枠部110bと、第2の枠部110cと、圧電振動素子搭載パッド111と、外部接続用電極端子Gと、集積回路素子搭載パッド112とで主に構成されている。
【0019】
この素子搭載部材110は、基板部110aの一方の主面に第1の枠部110bが設けられて、第1の凹部空間K1が形成されている。また、基板部110aの他方の主面に第2の枠部110cが設けられて、第2の凹部空間K2が形成されている。
【0020】
尚、この素子搭載部材110を構成する基板部110a及び第2の枠部110cは、例えばアルミナセラミックス、ガラス−セラミック等のセラミック材料を複数積層することよって形成されている。また、基板部110a及び第2の枠部110cは、セラミック材が積層した構造となっている。
【0021】
第1の枠部110bは、例えば、シールリングを用いている。この場合、第1の枠部110bは、例えば42アロイやコバール等の金属から成り、中心が打ち抜かれた枠状になっている。
また、第1の枠部110bは、基板部110aの一方の主面の外周を囲繞するように設けられた封止用導体膜HM上にロウ付けなどにより接続される。
【0022】
2個一対の圧電振動素子搭載パッド111は、第1の凹部空間K1内で露出した基板部110aの一方の主面に設けられている。
また、集積回路素子搭載パッド112は、第2の凹部空間K2内で露出した基板部110aの他方の主面に設けられている。
また、配線パターン113は、第2の凹部空間K2内で露出した基板部110aの他方の主面に設けられ、前記集積回路素子搭載パッド112と接続されている。
また、水晶振動素子測定用端子114は、第2の凹部空間K2内で露出した基板部110aの他方の主面に設けられている。
外部接続用電極端子Gは、素子搭載部材110の第2の枠部110cの他方の主面の4隅に設けられている。
【0023】
基板部110aの内層には、内部配線パターン(図示せず)等が設けられている。前記配線パターン113と前記内部配線パターン(図示せず)とにより、圧電振動素子搭載パッド111は、素子搭載部材110の第2の凹部空間内K2に設けられている集積回路素子搭載パッド112と電気的に接続している。
【0024】
また、集積回路素子搭載パッド112は、図3に示すように、第1の金属層112aと第2の金属層112bとによって積層されるようにして構成されている。
つまり、第1の金属層112aは、基板部110aの表面上に設けられている。また、第2の金属層112bは、前記第1の金属層112bの上に設けられている。
第1の金属層112aは、例えば、ニッケル(Ni)及び金(Au)により形成され、第2の金属層112bは、例えば、タングステンにより形成されている。
【0025】
また、配線パターン113は、図3に示すように、第1の金属層113aと第2の金属層113bとによって積層されるようにして構成されている。
第1の金属層113aは、基板部110aの表面上に設けられている。また、第2の金属層113bは、前記第1の金属層113aの上に設けられている。
第1の金属層113aは、例えば、ニッケル(Ni)及び金(Au)により形成され、第2の金属層113bは、例えば、タングステンにより形成されている。
この配線パターン113の一部である集積回路素子搭載パッド112との境界箇所の第1の金属層113aが除去されている。
第1の金属層113aの厚みが、例えば、1〜10μmであり、第2の金属層113bの厚みが、例えば、5〜25μmである。
【0026】
蓋部材130は、例えば、Fe−Ni合金(42アロイ)やFe−Ni−Co合金(コバール)などからなる。このような蓋部材130は、第1の凹部空間K1を、窒素ガスや真空などで気密的に封止される。具体的には、蓋部材130は、窒素雰囲気中や真空雰囲気中で、素子搭載部材110の第1の枠部110b上に載置され、第1の枠部110bの表面の金属と蓋部材130の金属の一部とが溶接されるように所定電流を印加してシーム溶接を行うことにより、第1の枠部110bに接合される。
【0027】
前記導電性接着剤DSは、シリコーン樹脂等のバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、例えばアルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、ニッケル鉄(NiFe)、のうちのいずれかまたはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。
【0028】
前記導電性接合材DZは、例えば、鉛フリー半田やクリーム半田等の半田や導電性接着剤等が用いられている。
【0029】
尚、前記素子搭載部材110は、アルミナセラミックスから成る場合、所定の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に、封止用導体膜HM、圧電振動素子搭載パッド111、集積回路素子搭載パッド112、配線パターン113、外部接続用電極端子G等となる導体ペーストを、また、セラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内にビア導体となる導体ペーストを従来周知のスクリーン印刷によって塗布するとともに、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り製作される。
【0030】
次に前記圧電発振器の製造方法について図4〜図6を用いて説明する。
本発明の圧電発振器の製造方法は、圧電振動素子搭載工程と、蓋部材接合工程と、第1の金属層除去工程と、集積回路素子搭載工程とで構成されている。
【0031】
(圧電振動素子搭載工程)
図4(a)に示すように、圧電振動素子搭載工程は、素子搭載部材110の一方の主面に設けられている2個一対の圧電振動素子搭載パッド111に前記圧電振動素子120を導電性接着剤DSによって搭載する工程である。
【0032】
素子搭載部材110の基板部110aには2個一対の圧電振動素子搭載パッド111が設けられており、前記圧電振動素子搭載パッド111上に導電性接着剤DSを塗布し、この圧電振動素子搭載パッド111に塗布された導電性接着剤DSに圧電振動素子120の表面に形成した励振用電極122から延出した引き出し電極124を付着させる形態で圧電振動素子120を載置する。載置した後、例えば、約250℃まで昇温することで、前記導電性接着剤DSを加熱硬化させることで、2個一対の圧電振動素子搭載パッド111に圧電振動素子120を搭載する。
【0033】
(蓋部材接合工程)
図4(b)に示すように、蓋部材接合工程は、蓋部材130と素子搭載部材110とを接合する工程である。
蓋部材130は、窒素雰囲気中や真空雰囲気中で、素子搭載部材110の第1の枠部110b上に載置され、所定電流を印加したローラ電極(図示せずに)を蓋部材130の縁に沿って全周を移動させることで、第1の枠部110bの表面の金属と蓋部材130の金属の一部とが溶接されるシーム溶接を行うことにより、素子搭載部材110の第1の枠部110bに接合される。
【0034】
(第1の金属層除去工程)
図5(a)、図6(a)及び図6(b)に示すように、第1の金属層除去工程は、前記素子搭載部材110の他方の主面に設けられている集積回路素子搭載パッド112と接続されており、第1の金属層113aと第2の金属層113bにより構成されている配線パターン113の第1の金属層113aを除去する工程である。
つまり、前記素子搭載部材110の他方の主面に設けられている配線パターン113の一部である集積回路素子搭載パッド112との境界箇所の第1の金属層113aが、レーザー装置(図示せず)による所定のレーザ光を間欠照射することにより、除去されている。
つまり、集積回路素子搭載パッド112の第1の金属層112aと配線パターン113の第1の金属膜113aとは、接続されていない状態になるようにすることである。
この境界箇所は、前記集積回路素子搭載パッド112と配線パターン113とが接している箇所のことである。また、集積回路素子搭載パッド112と配線パターン113との境界箇所は、溝形状となっている。
前記配線パターン113の第1の金属層113aは、基板部110aの表面上に設けられている。また、第2の金属層113bは、前記第1の金属層113aの上に設けられている。
また、第1の金属層113aの厚みが、例えば、1〜10μmであり、第2の金属層113bの厚みが、例えば、5〜25μmである。つまり、所定のレーザ光にて、第1の金属層113aの厚み、例えば、1〜10μmを除去することになる。
レーザ装置としては、例えば、炭酸ガスレーザ、YAGレーザ、YVOレーザ、半導体レーザ、エキシマレーザ、グリーンレーザ等を用いることができる。
【0035】
このように、前記素子搭載部材110の他方の主面に設けられている配線パターン113の一部である集積回路素子搭載パッド112との境界箇所の第1の金属層113aが、レーザを間欠照射することにより、除去されていることによって、後述する導電性接合材DZを集積回路素子搭載パッド112に塗布または、印刷した際に、導電性接合材DZが配線パターン113に流れ出てしまうことを防ぐことができる。
【0036】
(集積回路素子搭載工程)
図5(b)及び図6(c)に示すように、集積回路素子搭載工程は、集積回路素子140を前記素子搭載部材110の他方の主面に設けられている集積回路素子搭載パッド112に搭載する工程である。
素子搭載部材110の第2の凹部空間K2内に露出する集積回路素子搭載パッド112に導電性接合材DZを塗布し、その導電性接合材DZに集積回路素子140を載置する。前記集積回路素子140を載置した後、前記導電性接合材DZに熱を印加し、前記導電性接合材DZを溶融して接合することで、集積回路素子140は、前記素子搭載部材110の他方の主面に設けられている集積回路素子搭載パッド112に搭載する。
また、集積回路素子搭載パッド112に導電性接合材DZを形成する方法としては、印刷する箇所に開口部が設けられているマスク治具(図示せず)を用いた印刷手法を用いても構わない。
【0037】
本発明の圧電発振器の製造方法によれば、素子搭載部材110の他方の主面に設けられ、集積回路素子搭載パッド112と接続されており、第1の金属層113aと第2の金属層113bにより構成されている配線パターン113の第1の金属層113aを除去することによって、素子搭載部材110の他方の主面に設けられている集積回路素子搭載パッド112に集積回路素子140を搭載する集積回路素子搭載工程の際に、素子搭載部材110の他方の主面に設けられている集積回路素子搭載パッド112と接続されている配線パターン113に導電性接合材DZが流れ出てしまうことを防ぐことができる。よって、導電性接合材DZの量を確保することができるので、集積回路素子140と集積回路素子搭載パッド112との接続強度が維持することができる。
また、圧電振動素子搭載パッド111と集積回路素子搭載パッド112を電気的に接続させるために、内部配線パターン(図示せず)のみで設ける必要がないため、素子搭載部材110の積層数が増えることがなくなる。よって、圧電発振器100を薄型化することができる。
【0038】
尚、本発明は前記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、前記した本実施形態では、圧電振動素子を構成する圧電素材として水晶を用いた場合を説明したが、他の圧電素材として、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたは、圧電セラミックスを圧電素材として用いた圧電振動素子でも構わない。
【0039】
また、前記した本実施形態では、第1の枠部にシールリングを用いた場合を説明したが、基板部と同様にセラミック材で形成しても構わない。
この場合、第1の枠部の開口側頂面の全周には、環状の封止用導体パターンが形成され、蓋部材は、この封止用導体パターン上に配置接合される。
この際の蓋部材は、前記素子搭載部材の凹部空間を囲繞するように設けられた封止用導体パターンに相対する箇所に封止部材が設けられている。
【符号の説明】
【0040】
110・・・素子搭載部材
110a・・・基板部
110b・・・第1の枠部
110c・・・第2の枠部
111・・・圧電振動素子搭載パッド
112・・・集積回路素子搭載パッド
113・・・配線パターン
112a、113a・・・第1の金属層
112b、113b・・・第2の金属層
120・・・圧電振動素子
121・・・水晶素板
122・・・励振用電極
123・・・先端部
124・・・引き出し電極
130・・・蓋部材
140・・・集積回路素子
100・・・圧電デバイス
K1・・・第1の凹部空間
K2・・・第2の凹部空間
G・・・外部接続用電極端子
HM・・・封止用導体膜
DS・・・導電性接着剤
DZ・・・導電性接合材

【特許請求の範囲】
【請求項1】
素子搭載部材の一方の主面に設けられている2個一対の圧電振動素子搭載パッドに前記圧電振動素子を導電性接着剤によって搭載する圧電振動素子搭載工程と、
蓋部材と前記素子搭載部材とを接合する蓋部材接合工程と、
前記素子搭載部材の他方の主面に設けられている集積回路素子搭載パッドと接続されており、前記素子搭載部材側に設けられる第1の金属層とこの第1の金属層上に設けられる第2の金属層とにより構成されている配線パターンの内の第1の金属層を除去する第1の金属層除去工程と、
集積回路素子を前記素子搭載部材の他方の主面に設けられている集積回路素子搭載パッドに搭載する集積回路素子搭載工程と、を含むことを特徴とする圧電発振器の製造方法。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate


【公開番号】特開2011−234203(P2011−234203A)
【公開日】平成23年11月17日(2011.11.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−103752(P2010−103752)
【出願日】平成22年4月28日(2010.4.28)
【出願人】(000104722)京セラキンセキ株式会社 (870)
【Fターム(参考)】