接合方法および接合装置
【課題】基体および蓋体の小型化に対応することができ、かつ、外観を損ねることなく、歪みの発生を抑制することのできる基体と蓋体との接合方法および当該接合方法を実施することのできる接合装置を提供すること。
【解決手段】本発明の接合方法は、凹部５３１が形成されたキャップ５３０と赤外線透過性を有するパッケージ基板５２０とを、凹部５３１の開口を塞ぐように接合する接合方法であって、凹部５３１の開口を塞ぐようにキャップ５３０をパッケージ基板５２０に載置するとともに、赤外線吸収性を有する枠状の接合部５８０を凹部５３１の周囲であってキャップ５３０とパッケージ基板５２０との間に介在させ、パッケージ基板側から接合部５８０へ向けて赤外線ＩＲを照射し、接合部５８０が赤外線ＩＲを吸収することにより発熱し、該発熱によって溶融した接合部５８０を介してキャップ５３０とパッケージ基板５２０とを接合する。
【解決手段】本発明の接合方法は、凹部５３１が形成されたキャップ５３０と赤外線透過性を有するパッケージ基板５２０とを、凹部５３１の開口を塞ぐように接合する接合方法であって、凹部５３１の開口を塞ぐようにキャップ５３０をパッケージ基板５２０に載置するとともに、赤外線吸収性を有する枠状の接合部５８０を凹部５３１の周囲であってキャップ５３０とパッケージ基板５２０との間に介在させ、パッケージ基板側から接合部５８０へ向けて赤外線ＩＲを照射し、接合部５８０が赤外線ＩＲを吸収することにより発熱し、該発熱によって溶融した接合部５８０を介してキャップ５３０とパッケージ基板５２０とを接合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合方法および接合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、圧電素子等の機能素子をケーシングに収納して構成される圧電デバイスが知られている。具体的には、凹部を有し、酸化アルミニウム等のセラミックスで構成されたセラミックパッケージ（基体）と、凹部内に配置された圧電素子と、凹部を封止するリッド（蓋体）とを有する圧電デバイスが知られている。
また、前記凹部内を気密的に封止するために、蓋体をセラミックパッケージに接合しているが、この接合方法として、シーム溶接（パラレルシーム溶接）、レーザー溶接、プラズマアーク放電を用いたプラズマ溶接（アーク溶接）等が用いられている（例えば、特許文献１、２参照）。しかしながら、シーム溶接、レーザー溶接、アーク溶接には、次のような問題があった。
【０００３】
まず、シーム溶接には、圧電デバイスの小型化に対応することができないという問題がある。具体的に説明すれば、シーム溶接は、例えば、一対のローラー電極をリッドの縁に押し当て、一対のローラー電極間に電圧を印加しながら縁に沿って転がすことにより、リッドの縁を加熱し溶融させることにより、リッドをセラミックパッケージに溶接する接合方法である。しかしながら、近年、市場の要望により、圧電デバイスの小型化が急速に進んでおり、そのため、リッドの縁に電極を接触させることや、電極をリッドの縁に沿って転がすことが困難である。
【０００４】
次に、レーザー溶接には、ケーシングに歪みが発生するという問題がある。具体的に説明すれば、レーザー溶接は、高温のレーザーをリッドの縁に沿って移動しながら局所的かつ連続的に照射し、リッドの縁を溶融させることにより、リッドをセラミックパッケージに溶接する方法である。しかしながら、レーザー溶接は、前述のように、レーザーを局所的に照射するため、レーザーが照射された部分が局所的に昇温し熱膨張する。これにより、ケーシングに歪みが発生するおそれがある。ケーシングに歪みが生じると、当該歪みによって内部に収納された圧電素子に応力が加わり、その結果、圧電素子の機能が低下する。
次に、アーク溶接には、酸化により外観を損ねるという問題がある。具体的に説明すれば、プラズマアーク放電は、比較的高温（例えば、２０００℃程度）であるため、リッドのプラズマアーク放電に曝された部分（縁部）が酸化してしまう。これにより、ケーシングの外観が損なわれ、製品として販売することができなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭５７−４４４３７号公報
【特許文献２】特開２００３−１５８２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、基体および蓋体の小型化に対応することができ、かつ、外観を損ねることなく、歪みの発生を抑制することのできる基体と蓋体との接合方法および当該接合方法を実施することのできる接合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
本発明の接合方法は、蓋体および赤外線透過性を有する基体のうちの少なくとも一方に凹部が形成されており、前記凹部の開口を塞ぐように前記基体と前記蓋体とを接合する接合方法であって、
前記凹部の開口を塞ぐように前記蓋体を前記基体に載置するとともに、赤外線吸収性を有する枠状の接合部を前記凹部の周囲であって前記蓋体と前記基体との間に介在させ、
前記基体の前記蓋体と反対側から前記接合部へ向けて赤外線を照射し、前記接合部が前記基体を透過した前記赤外線の少なくとも一部を吸収することにより発熱し、該発熱によって溶融した前記接合部を介して前記凹部の周囲にて前記蓋体と前記基体とを接合することを特徴とする。
これにより、基体および蓋体の小型化に対応することができ、かつ、外観を損ねることなく、歪みの発生を抑制することのできる基体と蓋体との接合方法を提供することができる。
【０００８】
［適用例２］
本発明の接合方法では、前記接合部は、前記基体に形成された第１の接合部と、前記蓋体に形成された第２の接合部とを有し、
前記第１の接合部と前記第２の接合部とが前記凹部の開口を塞ぐように前記蓋体を前記基体に載置した状態にて重なり合っているのが好ましい。
これにより、基体と蓋体とをより強固に接合することができる。
【０００９】
［適用例３］
本発明の接合方法では、前記第１の接合部の融点は、前記第２の接合部の融点よりも高いのが好ましい。
これにより、第１、第２の接合部を共に、より確実に溶融することができる。
［適用例４］
本発明の接合方法では、前記第２の接合部は、前記第１の接合部が前記赤外線を吸収することにより発する熱により加熱されるのが好ましい。
これにより、第２の接合部を効果的に溶融することができる。
【００１０】
［適用例５］
本発明の接合方法では、前記第２の接合部は、前記基体および前記第１の接合部を透過した前記赤外線の少なくとも一部を吸収することにより発熱するのが好ましい。
これにより、第２の接合部を効果的に溶融することができる。
［適用例６］
本発明の接合方法では、前記接合部と前記蓋体との間には、赤外線を反射する反射部が設けられているのが好ましい。
これにより、赤外線を第１、第２の接合部の加熱に効率的に用いることができる。
【００１１】
［適用例７］
本発明の接合方法では、前記赤外線の照射は、前記接合部のパターンに対応した赤外線透過部を有するマスクを介して行われるのが好ましい。
これにより、第１、第２の接合部に選択的に赤外線を照射することができ、他の部分に加わる熱ダメージを低減することができる。
［適用例８］
本発明の接合方法では、前記赤外線の照射は、前記接合部の周方向の全域に対して同時に行われるのが好ましい。
これにより、基体および蓋体の歪みを抑制することができる。
【００１２】
［適用例９］
本発明の接合方法では、前記赤外線を前記接合部の一部に照射する第１の赤外線照射工程と、
前記赤外線を前記接合部の少なくとも前記一部を除いた部分に照射する第２の赤外線照射工程と、を有しているのが好ましい。
これにより、基体と蓋体とを仮止めすることができるため、基体および蓋体の歪みをより効果的に抑制することができる。
【００１３】
［適用例１０］
本発明の接合方法では、前記第１の赤外線照射工程にて前記赤外線が照射される部分は、前記接合部の周方向に間隔を隔てて複数個所設定されているのが好ましい。
これにより、基体と蓋体との仮止めを、より効果の高いものとすることができる。
［適用例１１］
本発明の接合方法では、前記赤外線を発生する光源と前記基体との間に、前記赤外線の通過を許容する状態と前記赤外線を遮断する状態とを選択することのできるシャッター部が配置されているのが好ましい。
これにより、赤外線照射時間や照射タイミングなどを精度よく制御することができる。
【００１４】
［適用例１２］
本発明の接合方法では、前記基体および前記蓋体のうちの少なくとも一方を他方に向けて押圧した状態で、前記赤外線を照射するのが好ましい。
これにより、基体と蓋体とを、より確実かつ効率的に、接合することができる。
［適用例１３］
本発明の接合方法では、前記蓋体を前記基体に向けて押圧する押圧手段を有し、
前記押圧手段は、前記蓋体を前記基体と反対側から前記基体に押圧する押圧部材を有しているのが好ましい。
これにより、押圧手段の構成が容易となる。また、赤外線の照射が押圧部材によって阻害されることがない。
【００１５】
［適用例１４］
本発明の接合方法では、前記蓋体を前記基体に向けて押圧する押圧手段を有し、
前記押圧手段は、前記蓋体を前記基体に向けて押圧するとともに、前記基体に対する前記蓋体の位置決めを行う押圧部材を有し、
前記押圧部材は、前記蓋体を前記基体に向けて押圧する際に前記蓋体と係合する係合部を有し、前記基体に向けて押圧しつつ前記蓋体を前記係合部に係合させることにより、前記基体に対する前記蓋体の位置決めを行うのが好ましい。
これにより、所望の位置関係にて、基体と蓋体とを接合することができる。また、簡単な構成にて、押圧部材によって蓋体を押圧するとともに、蓋体の位置決めを行うことができる。
【００１６】
［適用例１５］
本発明の接合方法では、前記係合部は、前記押圧部材の前記蓋体側の面に開放する凹部であるのが好ましい。
これにより、係合部の構成が簡単となる。
［適用例１６］
本発明の接合方法では、前記赤外線の照射は、気密空間内で行われるのが好ましい。
これにより、凹部内を所望の環境とすることができる。
【００１７】
［適用例１７］
本発明の接合方法では、前記凹部には、機能素子が収納されているのが好ましい。
このように、凹部内に機能素子が収納されている場合には、機能素子に与える熱ダメージを低減することができる。
［適用例１８］
本発明の接合装置は、蓋体および赤外線透過性を有する基体のうちの少なくとも一方に凹部が形成されており、前記凹部の開口を塞ぐように前記基体と前記蓋体とを接合する接合装置であって、
赤外線を出射する光源を有し、
前記凹部の開口を塞ぐように前記蓋体を前記基体に載置するとともに、赤外線吸収性を有する枠状の接合部を前記凹部の周囲であって前記蓋体と前記基体との間に介在させた状態にて、
前記光源からの前記赤外線を前記基体の前記蓋体と反対側から前記接合部へ向けて照射することにより、前記接合部が前記基体を透過した前記赤外線の少なくとも一部を吸収することにより発熱し、該発熱によって溶融した前記接合部を介して前記凹部の周囲にて前記蓋体と前記基体とを接合するよう構成されていることを特徴とする。
これにより、基体および蓋体の小型化に対応することができ、かつ、外観を損ねることなく、歪みの発生を抑制することのできる接合装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】振動デバイスの一例を示す平面図（上面図）である。
【図２】図１に示す振動デバイスの断面図である。
【図３】図１に示す振動デバイスの下面図である。
【図４】図１に示す振動デバイスのパッケージ基板とキャップとが接合されていない状態を示す断面図である。
【図５】図１に示す振動デバイスが有する圧電素子の平面図である。
【図６】本発明の接合装置の第１実施形態を示す概略図である。
【図７】図６に示す接合装置の押圧板を説明する断面図である。
【図８】図７に示す押圧板の変形例を示す断面図である。
【図９】図６に示す接合装置が有するマスクを説明する断面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る接合装置が有する第２のマスクを示す平面図および断面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る接合装置が有するマスクの断面図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る接合装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の接合方法および接合装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、振動デバイスの一例を示す平面図（上面図）、図２は、図１に示す振動デバイスの断面図、図３は、図１に示す振動デバイスの下面図、図４は、図１に示す振動デバイスのパッケージ基板とキャップとが接合されていない状態を示す断面図、図５は、図１に示す振動デバイスが有する圧電素子の平面図、図６は、本発明の接合装置の第１実施形態を示す概略図、図７は、図６に示す接合装置の押圧板を説明する断面図、図８は、図７に示す押圧板の変形例を示す断面図、図９は、図６に示す接合装置が有するマスクを説明する断面図である。なお、以下では、説明の都合上、図１中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」として説明する。また、図２、図４〜図９中の上側を「上」、下側を「下」として説明を行う。
【００２０】
１．振動デバイス
まず、本発明の接合方法（接合装置）により溶接される部分を有する振動デバイス５００について説明する。
図１ないし図５に示すように、振動デバイス５００は、ケーシング５１０と、ケーシング５１０内に収納された圧電素子（機能素子）５９０とを有している。
【００２１】
［ケーシング］
ケーシング５１０は、赤外線ＩＲを透過する赤外線透過性を有する板状のパッケージ基板（基体）５２０と、下面５３２に開放する凹部５３１を有する容器状のキャップ（蓋体）５３０とを有している。
キャップ５３０およびパッケージ基板５２０の平面視形状（輪郭形状）は、ともに略長方形（矩形）である。なお、キャップ５３０の平面視形状は、これに限定されず、例えば、正方形などの長方形以外の四角形（矩形）、円形、異形などであってもよい。また、パッケージ基板５２０の平面視形状も、キャップ５３０の凹部５３１の開口を塞ぐことができれば、特に限定されず、正方形などの長方形以外の四角形（矩形）、円形、異形などであってもよい。
【００２２】
図２に示すように、パッケージ基板５２０とキャップ５３０とは、接合部５８０を介して接合されている。接合部５８０は、凹部５３１の周囲を囲む枠状をなしており、溶融により、キャップ５３０の下面（凹部５３１の開口を囲む枠状の面）５３２と、パッケージ基板５２０の上面５２１の縁部とを接合する。これにより、キャップ５３０の凹部５３１の開口がパッケージ基板５２０によって塞がれ、収納空間３が形成される。この収納空間３には、圧電素子５９０が収納されている。
このような接合部５８０は、赤外線ＩＲを吸収する赤外線吸収性を有しており、いわゆる赤外線加熱により発熱、溶融し、これによりパッケージ基板５２０とキャップ５３０とを接合する。なお、赤外線ＩＲとは、０．７μｍ〜１ｍｍ程度の波長を有する光（電磁波）を言う。
【００２３】
パッケージ基板５２０とキャップ５３０との接合について簡単に説明すると、まず、接合部５８０を介してパッケージ基板５２０とキャップ５３０とを重ね合わせた状態とする。次に、パッケージ基板５２０の下側（キャップ５３０と反対側）から赤外線ＩＲを照射する。これにより、赤外線ＩＲがパッケージ基板５２０を透過して接合部５８０に照射される。
【００２４】
接合部５８０に照射された赤外線ＩＲのうちの少なくとも一部は、エネルギーとして接合部５８０に吸収（共振吸収）され、この吸収されたエネルギーが接合部５８０に分子の運動（振動）を誘発させる。このような分子の振動によって接合部５８０内に摩擦熱が発生し、接合部５８０が発熱する。そして、この発熱によって接合部５８０が溶解し、これにより、パッケージ基板５２０とキャップ５３０とが接合される。
【００２５】
なお、このようなパッケージ基板５２０とキャップ５３０との接合は、後述する接合方法（本発明の接合方法）により実施される。本発明の接合方法については、後に詳述する。
キャップ５３０の構成材料としては、特に限定されず、例えば、アルミニウム、ニッケル、銅、銀、金のような各種金属材料、これら金属材料のうちの少なくとも１種を含む合金（例えばコバール合金等）または金属間化合物、酸化物セラミックス、窒化物セラミックス、炭化物系セラミックス等の各種セラミックス材料、各種ガラス材料等が挙げられる。
【００２６】
パッケージ基板５２０は、前述したように、赤外線ＩＲを透過する赤外線透過性を有している。これにより、パッケージ基板５２０を介して接合部５８０に赤外線ＩＲを照射することができる。そのため、パッケージ基板５２０とキャップ５３０との接合を簡単かつ確実に行うことができる。
パッケージ基板５２０の赤外線透過率は、高い程好ましく、具体的には、８０％以上であるのが好ましく、９０％以上であるのがより好ましい。これにより、パッケージ基板５２０によって反射、吸収される赤外線ＩＲをより少なくすることができ、赤外線ＩＲを効率的に接合部５８０に照射することができる。また、赤外線ＩＲの出力や照射時間を抑えることができるため、少電力かつ短時間でパッケージ基板５２０とキャップ５３０とを接合することができる。さらには、赤外線ＩＲを吸収することによるパッケージ基板５２０の発熱を抑制することができ、パッケージ基板５２０の熱膨張に起因するケーシング５１０や圧電素子５９０に歪みを抑制することができる。
【００２７】
このようなパッケージ基板５２０は、赤外線透過性を有する赤外線透過材料で構成されている。赤外線透過材料としては、結晶性無機材料および非晶性無機材料が挙げられ、結晶性無機材料としては、例えば、ＺｎＳｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＺｎＳ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド等が挙げられる。一方、非晶性無機材料としては、例えば、ＳｉＯ2を主成分とする石英系ガラス材料、ＧｅＯ2を主成分とするゲルマネート系ガラス材料、Ａｌ2Ｏ3を主成分とするアルミネート系ガラス材料等の酸化物系ガラス材料、硫化物系ガラス材料、カルコゲナイドガラス材料等が挙げられる。
【００２８】
また、図１に示すように、パッケージ基板５２０の上面５２１には、収納空間３に臨む一対の接続端子５４１、５４２が形成されている。また、図３に示すように、パッケージ基板５２０の下面５２２には、圧電素子５９０が有する接続端子５４１、５４２をケーシング５１０の外側へ引き出すための一対の外部実装端子５５１、５５２が形成されている。接続端子５４１と外部実装端子５５１、接続端子５４２と外部実装端子５５２は、それぞれ、パッケージ基板５２０を厚さ方向に貫通する導体ポスト（図示せず）を介して電気的に接続されている。
【００２９】
接続端子５４１、５４２や外部実装端子５５１、５５２は、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）などの金属配線材料をパッケージ基板５２０上にスクリーン印刷して焼成し、その上にニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）などのめっきを施すことにより形成することができる。
ここで、図３に示すように、外部実装端子５５１、５５２は、それぞれ、パッケージ基板５２０の平面視（以下、単に「平面視」という。）にて、接合部５８０と重ならないように形成されているのが好ましい。そのため、本実施形態では、外部実装端子５５１、５５２は、平面視にて、その全域が収納空間３に内包されている。これにより、赤外線ＩＲをパッケージ基板５２０の下側からパッケージ基板５２０を介して接合部５８０に照射する際に、赤外線ＩＲが接合部５８０に到達する前に外部実装端子５５１、５５２によって反射または吸収されてしまうのを防止することができる。すなわち、確実に、接合部５８０に赤外線ＩＲを照射することができ、パッケージ基板５２０とキャップ５３０とを接合することができる。
【００３０】
なお、平面視にて、外部実装端子５５１、５５２が接合部５８０と重なる場合には、接合部５８０を介してパッケージ基板５２０とキャップ５３０とを接合した後に、外部実装端子５５１、５５２を形成すればよい。これにより、前述したような問題を解消することができる。
接合部５８０は、枠状をなしており、平面視にて、凹部５３１の周囲を囲むように形成されている。言い換えれば、接合部５８０は、キャップ５３０の下面５３２とパッケージ基板５２０の上面５２１の縁部との間に介在しており、当該部分にてパッケージ基板５２０とキャップ５３０とを接合している。これにより、凹部５３１の開口がパッケージ基板５２０によって気密的に塞がれる。
【００３１】
図４は、パッケージ基板５２０とキャップ５３０とを接合する前の状態を示す断面図である。同図に示すように、接合部５８０は、パッケージ基板５２０の上面５２１の縁部に設けられた枠状の第１の接合部５８１と、キャップ５３０の下面５３２に設けられた枠状の第２の接合部５８２とを有している。
パッケージ基板５２０の上面に第１の接合部５８１を形成する方法およびキャップ５３０の下面５３２に第２の接合部５８２を形成する方法としては、特に限定されないが、例えば、蒸着、スパッタリング等により形成した膜をフォトリソグラフィーおよび各種エッチング技術によってパターニングして形成してもよいし、スクリーン印刷等の各種印刷法を用いて形成してもよい。
【００３２】
第１、第２の接合部５８１、５８２の厚さとしては、それぞれ、特に限定されず、例えば、０．５μｍ以上、５．０μｍ以下程度である。
このような接合部５８０では、キャップ５３０をパッケージ基板５２０の上面に載置し、第１の接合部５８１と第２の接合部５８２とを重ね合わせた状態にて、赤外線ＩＲの照射によって第１、第２の接合部５８１、５８２を溶融し、これにより、パッケージ基板５２０とキャップ５３０とを接合する。
【００３３】
このように、パッケージ基板５２０およびキャップ５３０の両方に予め接合部（第１の接合部５８１および第２の接合部５８２）を設けておくことにより、これらの接合界面が接合部５８０の厚さ方向の中央部に形成される。すなわち、接合界面がパッケージ基板５２０またはキャップ５３０との接触部に形成されない。そのため、パッケージ基板５２０とキャップ５３０との接合をより確実に行うことができるとともに、これらの接合強度を高めることができる。
【００３４】
第１、第２の接合部５８１、５８２は、それぞれ、比較的高い赤外線吸収性を有している。第１、第２の接合部５８１、５８２の赤外線吸収率としては、高い程好ましく、具体的には、８０％以上であるのが好ましく、９０％以上であるのがより好ましい。これにより、より多くの赤外線ＩＲがエネルギーとして第１、第２の接合部５８１、５８２に吸収（共振吸収）されるため、効率的に、第１、第２の接合部５８１、５８２を加熱することができる。
【００３５】
第１の接合部５８１は、パッケージ基板５２０を透過した赤外線ＩＲを吸収して発熱し、溶融する。一方、第２の接合部５８２は、第１の接合部５８１を透過した赤外線ＩＲを吸収して発熱するとともに、第１の接合部５８１が赤外線ＩＲを吸収することにより発する熱の伝達により加熱され、溶融する。すなわち、第２の接合部５８２は、自らの発熱と外部から加わる熱とによって溶融する。これにより、第１、第２の接合部５８１、５８２をともに効率的に溶融することができる。
【００３６】
ここで、第１の接合部５８１の赤外線吸収率が高くなる程、第１の接合部５８１に吸収される赤外線ＩＲが増加するため、赤外線ＩＲを吸収することによる第１の接合部５８１の発熱（発熱量）が大きくなる。一方で、第１の接合部５８１に吸収される赤外線ＩＲが増加する分、第１の接合部５８１を透過して第２の接合部５８２へ照射される赤外線ＩＲが減少するため、赤外線ＩＲを吸収することによる第２の接合部５８２の発熱（発熱量）が小さくなる。
【００３７】
反対に、第１の接合部５８１の赤外線吸収率が低くなる程、第１の接合部５８１に吸収される赤外線ＩＲが減少するため、赤外線ＩＲを吸収することによる第１の接合部５８１の発熱（発熱量）が小さくなる。一方で、第１の接合部５８１に吸収される赤外線ＩＲが減少する分、第１の接合部５８１を透過して第２の接合部５８２へ照射される赤外線ＩＲが増加するため、赤外線ＩＲを吸収することによる第２の接合部５８２の発熱（発熱量）が大きくなる。
【００３８】
すなわち、第２の接合部５８１を溶融する熱の発生源としては、第１の接合部５８１の赤外線吸収率が高くなる程、第１の接合部５８１から伝達される熱が支配的となり、反対に、第１の接合部５８１の赤外線吸収率が低くなる程、赤外線ＩＲを吸収することによる第２の接合部５８２の発熱が支配的となる。
第１の接合部５８１からの熱による第２の接合部５８１の加熱と、赤外線ＩＲを吸収することによる第２の接合部５８２の発熱とのバランスとしては、特に限定されないが、第１の接合部５８１からの熱による第２の接合部５８１の加熱が支配的であるのが好ましい。
【００３９】
具体的には、第１の接合部５８１からの熱により第２の接合部５８１を加熱した場合の第２の接合部５８２の単位時間当たりの温度上昇量をＡ［℃／ｓｅｃ］とし、赤外線ＩＲを吸収することにより第２の接合部５８２が発熱した場合の単位時間当たりの温度上昇量をＢ［℃／ｓｅｃ］としたとき、Ａ／Ｂは、１０以上であるのが好ましく、５０以上であるのがより好ましい。これにより、赤外線ＩＲによって、第１、第２の接合部５８１、５８２を共に効率的に加熱することができるため、より確実に、第１、第２の接合部５８１、５８２を溶融することができる。
【００４０】
このような第１、第２の接合部５８１、５８２は、融点が互いに異なっているのが好ましい。具体的には、第１の接合部５８１の融点をＴ１とし、第２の接合部５８２の融点をＴ２としたとき、Ｔ１＞Ｔ２なる関係を満足することが好ましく、０．６Ｔ１＞Ｔ２なる関係を満足することがより好ましい。前述のように、第２の接合部５８２は、第１の接合部５８１が発する熱により加熱されたり、第１の接合部５８１を透過した赤外線ＩＲを吸収して発熱したりするため、第１の接合部５８１よりも昇温し難い。そのため、上記関係を満足することにより、第２の接合部５８２を第１の接合部５８１とともに、より確実に溶融することができる。
【００４１】
なお、第１、第２の接合部５８１、５８２の融点としては、それぞれ、特に限定されないが、６００℃以上、１０００℃以下程度であるのが好ましい。これにより、赤外線ＩＲの照射によって、第１、第２の接合部５８１、５８２をより確実に溶融することができる。さらに、パッケージ基板５２０、キャップ５３０および圧電素子５９０が高温に曝されてしまうのを抑制することができ、振動デバイス５００へ加わる熱ダメージを低減することができる。
【００４２】
熱ダメージとしては、種々のものがあり、例えば、圧電素子５９０に歪み（撓み）が生じてしまうことが挙げられる。また、振動デバイス５００の各種電極や配線は、ニッケル、クロムの下地層上に、金の電極層を成膜した構成であるため、熱によりこれら金属が合金化し、電極等が母材から剥がれ落ちてしまうことが挙げられる。
このような第１、第２の接合部５８１、５８２の構成材料としては、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、金、白金、銀、銅、マンガン、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、鉛、錫、チタン、タングステン等の各種金属、またはこれらのうちの少なくとも１種を含む合金等が挙げられる。
【００４３】
また、第１、第２の接合部５８１、５８２は、構成材料に共通の元素を含んでいるのが好ましい。これにより、第１の接合部５８１と第２の接合部５８２の相溶性が良好となる。そのため、第１の接合部５８１と第２の接合部５８２とを溶接により強固に接合することができ、その結果、パッケージ基板５２０とキャップ５３０との接合強度をより高めることができる。
【００４４】
本実施形態では、第２の接合部５８２とキャップ５３０の下面５３２との間には、赤外線を反射する反射膜（光反射部）５７０が形成されている。これにより、仮に、赤外線ＩＲの一部がパッケージ基板５２０、第１の接合部５８１および第２の接合部５８２のいずれにも吸収されずに、第２の接合部５８２を透過した場合、この赤外線ＩＲを反射膜５７０にて反射し、第２の接合部５８２側に戻すことができる。そのため、反射膜５７０に反射された赤外線ＩＲを、再び、第１、第２の接合部５８１、５８２の加熱のために用いることができるため、第１、第２の接合部５８１、５８２を効率的に加熱することができる。
このような反射膜５７０の構成材料は、赤外線ＩＲを反射することができれば、特に限定されないが、例えば、金を好適に用いることができる。
なお、反射膜５７０は、省略してもよいし、キャップ５３０の下面５３２が反射膜を兼ねていてもよい。
【００４５】
［圧電素子］
図５（ａ）は、圧電素子５９０を上方から見た平面図であり、同図（ｂ）は、圧電素子５９０を上方から見た透過図（平面図）である。
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、圧電素子５９０は、平面視形状が長方形（矩形）の板状をなす圧電基板５９１と、圧電基板５９１の表面に形成された一対の励振電極５９３、５９５とを有している。
【００４６】
圧電基板５９１は、主として厚み滑り振動をする水晶素板である。本実施形態では、圧電基板５９１としてＡＴカットと呼ばれるカット角で切り出された水晶素板を用いている。
ＡＴカットとは、水晶の結晶軸であるＸ軸とＺ軸とを含む平面（Ｙ面）をＸ軸回りにＺ軸から反時計方向に約３５度１５分程度回転させて得られる主面（Ｘ軸とＺ’軸とを含む主面）を有するように切り出すことを言う。
【００４７】
このような構成の圧電基板５９１では、圧電基板５９１の長手方向が水晶の結晶軸であるＸ軸と一致する。
励振電極５９３は、圧電基板５９１の上面に形成された電極部５９３ａと、圧電基板５９１の下面に形成されたボンディングパッド５９３ｂと、電極部５９３ａおよびボンディングパッド５９３ｂを電気的に接続する配線５９３ｃとを有している。
【００４８】
一方、励振電極５９５は、圧電基板５９１の下面に形成された電極部５９５ａと、圧電基板５９１の下面に形成されたボンディングパッド５９５ｂと、電極部５９５ａおよびボンディングパッド５９５ｂを電気的に接続する配線５９５ｃとを有している。
電極部５９３ａ、５９５ａは、圧電基板５９１を介して対向して設けられ、互いにほぼ同じ形状をなしている。すなわち、圧電基板５９１の平面視にて、電極部５９３ａ、５９５ａは、互いに重なるように位置し、輪郭が一致するように形成されている。
【００４９】
また、ボンディングパッド５９３ｂ、５９５ｂは、圧電基板５９１の下面の図２中右側の端部端部に離間して形成されている。
このような励振電極５９３、５９５は、例えば、圧電基板５９１上に蒸着やスパッタリングによってニッケル（Ｎｉ）またはクロム（Ｃｒ）の下地層を成膜した後、下地層の上に蒸着やスパッタリングによって金（Ａｕ）の電極層を成膜し、その後フォトリソグラフィーおよび各種エッチング技術を用いて、所望の形状にパターニングすることにより形成することができる。下地層を形成すすることにより、圧電基板５９１と前記電極層との接着性が向上し、信頼性の高い圧電素子５９０が得られる。
【００５０】
なお、励振電極５９３、５９５の構成としては、上記の構成に限定されず、例えば、下地層を省略してもよいし、その構成材料を他の導電性を有する材料（例えば、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、モリブテン（Ｍｏ）等の各種金属材料）としてもよい。
このような圧電素子５９０は、収納空間３内に収納されており、さらに、一対の導電性接着剤５６１、５６２を介してパッケージ基板５２０に片持ち支持されている。このように、圧電素子５９０を片持ち支持することにより、昇温による圧電素子５９０の撓み等を抑制することができる。
【００５１】
導電性接着剤５６１は、接続端子５４１とボンディングパッド５９３ｂとに接触して設けられており、これにより、導電性接着剤５６１を介して、接続端子５４１とボンディングパッド５９３ｂとが電気的に接続されている。一方の導電性接着剤５６２は、接続端子５４２とボンディングパッド５９５ｂとに接触して設けられており、これにより、導電性接着剤５６２を介して、接続端子５４２とボンディングパッド５９５ｂとが電気的に接続されている。
【００５２】
以上、振動デバイス５００について説明したが、振動デバイス５００が有する機能素子としては、前述した圧電素子５９０、すなわち、いわゆるＡＴカット水晶振動子に限定されない。機能素子としては、例えば、音叉型の水晶振動子、ＳＡＷ共振器、角速度検出素子、加速度検出素子等であってもよい。また、収納空間３内には、複数の機能素子が収納されていてもよい。
また、機能素子の駆動を制御したり、機能素子からの信号を受信したりするＩＣチップ等が収納されていてもよい。ＩＣチップを収納する場合には、ＩＣチップを機能素子の隣に並設してもよいし、ＩＣチップをケーシングの厚さ方向に機能素子と重なるように配置してもよい。
【００５３】
２．接合装置
次に、接合装置（本発明の接合装置）１００について説明する。
接合装置１００は、前述したように、キャップ５３０とパッケージ基板５２０とを接合する装置である。
図６に示すように、接合装置１００は、チャンバー１１０と、ステージ１２０と、ステージ１２０の下側に設けられた赤外線ランプ（光源）１３０と、キャップ５３０を押圧する押圧手段１４０と、ステージ１２０と赤外線ランプ１３０との間に設けられたシャッター機構１５０と、ステージ１２０とシャッター機構１５０との間に設けられたマスク１６０とを有している。
【００５４】
［ステージ］
ステージ１２０は、パッケージ基板５２０を載置するための載置台である。また、ステージ１２０は、その上面１２１に開放する凹部１２２を有しており、この凹部１２２にパッケージ基板５２０が係合する。パッケージ基板５２０が凹部１２２に係合した状態では、パッケージ基板５２０の変位が規制されており、これにより、ステージ１２０に対するパッケージ基板５２０の位置決めが行われる。すなわち、凹部１２２は、パッケージ基板５２０をステージ１２０上の所定位置に載置するための位置決め手段を構成していると言える。
【００５５】
なお、位置決め手段の構成としては、凹部１２２に限定されず、例えば、ステージ１２０の上面１２１から突出し、パッケージ基板５２０の周囲を囲むように形成された枠状の凸部などであってもよい。また、前記枠状の凸部の一部が欠損しているような構成であってもよい。
また、ステージ１２０は、赤外線ＩＲを透過する赤外線透過性を有している。これにより、赤外線ランプ１３０からの赤外線ＩＲを、ステージ１２０を介してパッケージ基板５２０に照射することができる。これにより、赤外線ＩＲを接合部５８０の下側から、その下面に向けて照射することができるため、効率的に接合部５８０（第１、第２の接合部５８１、５８２）を加熱することができる。
【００５６】
また、ステージ１２０の赤外線透過率は、高い程好ましく、具体的には、８０％以上であるのが好ましく、９０％以上であるのがより好ましい。これにより、ステージ１２０によって反射、吸収される赤外線ＩＲをより少なくすることができ、赤外線ＩＲを効率的に接合部５８０に照射することができる。また、赤外線ＩＲを吸収することによるステージ１２０の熱膨張を抑制することができ、パッケージ基板５２０を安定して載置することができる。
このようなステージ１２０は、例えば、前述したパッケージ基板５２０と同様の材料で構成されている。
【００５７】
なお、ステージ１２０の構成材料としては、上記の材料に限定されず、例えば、アルミニウム、鉄、ニッケル、銅、銀等の各種金属材料、またはこれらのうちの少なくとも１種を含む合金（例えば、ステンレス鋼、真鍮、アルミニウム系合金等）または金属間化合物、これらの金属の酸化物、窒化物、炭化物等の赤外線透過率の低い材料で構成されていてもよい。
【００５８】
この場合には、ステージ１２０に赤外線ＩＲを透過することのできる窓部を、当該窓部を透過した赤外線ＩＲが接合部５８０に照射されるような形状で形成すればよい。窓部の構成としては、赤外線ＩＲを透過することができれば特に限定されず、例えば、ステージ１２０を貫通する貫通孔であってもよいし、前記貫通孔に前述したような赤外線透過材料を充填したものであってもよい。
【００５９】
［押圧手段１４０］
押圧手段１４０は、キャップ５３０をパッケージ基板５２０に向けて押圧する機能を有している。このような押圧手段１４０によって、キャップ５３０をパッケージ基板５２０に向けて押圧した状態にて赤外線ＩＲを接合部５８０に照射することにより、第１、第２の接合部５８１、５８２を効率的に溶融することができるとともに、パッケージ基板５２０とキャップ５３０とをより強固に接合することができる。
【００６０】
図６に示すように、押圧手段１４０は、パッケージ基板５２０上に載置されたキャップ５３０の上側に位置する押圧板１４１と、押圧板１４１を図６中上下方向に昇降させる昇降手段１４２とを有している。このような構成では、押圧板１４１をキャップ５３０に接触させた状態から、押圧板１４１をさらに下側へ移動させる力を昇降手段１４２によって加えることにより、簡単に、キャップ５３０をパッケージ基板５２０に押圧することができる。
【００６１】
また、このような構成では、押圧板１４１は、パッケージ基板５２０を介して赤外線ランプ１３０と反対側に位置している。そのため、押圧板１４１は、接合部５８０への赤外線ＩＲの照射を阻害しない。したがって、接合部５８０への赤外線ＩＲの照射を確実に行うことができる。
また、押圧板１４１には、下面１４１ａに開放する凹部１４３が形成されている。凹部１４３は、キャップ５３０に係合するように形成されており、押圧板１４１によってキャップ５３０をパッケージ基板５２０へ押圧するとともに、凹部１４３にキャップ５３０を係合させることにより、パッケージ基板５２０に対するキャップ５３０の位置決めを行うことができる。すなわち、押圧手段１４０は、パッケージ基板５２０に対するキャップ５３０の位置決めを行う位置決め手段を兼ねている。これにより、パッケージ基板５２０に対するキャップ５３０のズレが防止され、パッケージ基板５２０とキャップ５３０とを所望の位置関係にて接合することができる。
【００６２】
本実施形態の凹部１４３の横断面形状（開口形状）は、キャップ５３０の頂面５３３の平面視形状と相似関係にある長方形をなしている。また、図７に示すように、凹部１４３の横断面積は、開口１４３ａ側から底面１４３ｂ側に向けて漸減している。具体的には、開口１４３ａの面積は、キャップ５３０の頂面５３３の面積よりも大きく、底面１４３ｂの面積は、キャップ５３０の頂面５３３の面積よりも小さい。また、開口１４３ａおよび底面１４３ｂの縁同士を連結する側面１４３ｃは、平滑な傾斜面で構成されている。このような形状とすることにより、凹部１４３が簡単な構成となる。
【００６３】
このような形状の凹部１４３では、キャップ５３０の頂面５３３が凹部１４３の厚さ方向の途中にて側面１４３ｃに当接することにより、凹部１４３に対するキャップ５３０の変位（頂面５３３の面方向への変位）が規制される（以下、この状態を「係合状態」とも言う）。キャップ５３０は、凹部１４３との係合状態にてパッケージ基板５２０上の所定位置に配置されるようになっており、これにより、押圧手段１４０によって、パッケージ基板５２０に対するキャップ５３０の位置決めが行われる。
【００６４】
特に、凹部１４３の側面１４３ｃが平滑な傾斜面で構成されているため、仮に、パッケージ基板５２０上のキャップ５３０の位置が所定位置からずれていた場合でも、そのずれを修正し、キャップ５３０をパッケージ基板５２０上の所定位置に配置することができる。具体的には、所定位置からずれたキャップ５３０は、凹部１４３内に入り込むと頂面５３３が凹部１４３の側面１４３ｃに案内されることにより、頂面５３３の面方向へ変位し、最終的に、凹部１４３と係合した係合状態となる。そのため、パッケージ基板５２０上のキャップ５３０の位置が所定位置からずれていた場合でも、確実かつ円滑に、キャップ５３０をパッケージ基板５２０上の所定位置に移動させることができる。
なお、凹部１４３の形状としては、本実施形態の形状に限定されず、例えば、図８に示すように、キャップ５３０の外形形状に対応した形状を有していてもよい。
【００６５】
［シャッター機構］
図６に示すように、シャッター機構１５０は、赤外線ランプ１３０とステージ１２０（パッケージ基板５２０）との間に設けられたシャッター部１５１と、シャッター部１５１を移動する移動手段１５２とを有している。このようなシャッター機構１５０は、移動手段１５２によってシャッター部１５１を移動することにより、赤外線ランプ１３０からの赤外線ＩＲの通過を許容する開状態と、赤外線ＩＲを遮断する閉状態とを選択することができるようになっている。すなわち、開状態では、赤外線ランプ１３０からの赤外線ＩＲを接合部５８０へ照射することができ、閉状態では、赤外線ランプ１３０からの赤外線ＩＲを接合部５８０に照射することができない。
【００６６】
このようなシャッター機構１５０を有することにより、接合部５８０への赤外線ＩＲの照射時間や照射タイミングを精度よくコントロールすることができる。すなわち、例えば、赤外線ランプ１３０のＯＮ／ＯＦＦの切り替えによっても、照射時間や照射タイミングをコントロールすることが可能であるが、赤外線ランプ１３０の反応速度が十分に早くなく、また、ＯＮ／ＯＦＦを切り替えた直後の駆動が不安定となり易い。そのため、赤外線ランプ１３０のＯＮ／ＯＦＦを切り替える方法では、赤外線ＩＲの照射時間や照射タイミングを精度よくコントロールすることができないおそれがある。これに対して、シャッター機構１５０を用いれば、開状態／閉状態を反応よくかつ素早く切り替えることができるため、赤外線ＩＲの照射時間や照射タイミングを精度よくコントロールすることができる。
なお、このようなシャッター機構１５０は、省略してもよく、この場合には、前述したように、赤外線ランプ１３０のＯＮ／ＯＦＦにより、赤外線ＩＲの照射時間のコントロールを行うことができる。
【００６７】
［マスク］
マスク１６０は、ステージ１２０とシャッター機構１５０との間に設けられている。このようなマスク１６０は、接合部５８０への赤外線ＩＲの照射を許容するとともに、接合部５８０以外への赤外線ＩＲの照射を抑制する機能を有している。これにより、接合部５８０以外の部位の過度な昇温、発熱を抑制することができるため、振動デバイス５００が受ける熱ダメージを低減することができる。
【００６８】
特に、パッケージ基板５２０に形成された接続端子５４１、５４２および外部実装端子５５１、５５２や、パッケージ基板５２０に固定された圧電素子５９０への赤外線ＩＲの照射を防止することができ、接続端子５４１、５４２および外部実装端子５５１、５５２がパッケージ基板５２０から剥離したり、励振電極５９３、５９５が圧電基板５９１から剥離したり、圧電基板５９１に歪みが生じたりするのを効果的に防止または抑制することができる。
【００６９】
図９に示すように、マスク１６０は、板状（シート状）の基板１６１と、基板１６１上に形成された膜１６２とで構成されている。
基板１６１は、赤外線透過性を有している。基板１６１の赤外線透過性は、高い程よく、具体的には、８０％以上であるのが好ましく、９０％以上であるのがより好ましい。このような基板１６１の構成材料としては、例えば、前述したパッケージ基板５２０と同様の材料を用いることができる。
【００７０】
膜１６２は、基板１６１の下面（赤外線ランプ１３０側の面）に形成されている。膜１６２は、赤外線ＩＲを吸収、反射する性質を有する。言い換えれば、膜１６２は、赤外線ＩＲをほとんど透過しない。膜１６２の赤外線透過率は、低い程よく、具体的には、２０％以下であるが好ましく、１０％以下であるのが好ましい。このような膜１６２の構成材料としては、上述した性質を発揮することができれば、特に限定されないが、例えば、前述した接合部５８０（第１の接合部５８１および第２の接合部５８２）や反射膜５７０と同様の材料を用いることができる。
【００７１】
また、膜１６２には、接合部５８０の平面視形状（パターン）に対応した、具体的には、接合部５８０の平面視形状とほぼ等しい形状の光透過部１６２ａが形成されている。光透過部１６２ａは、膜１６２を貫通する貫通孔で構成されている。このような構成とすることにより、マスク１６０を透過した赤外線ＩＲは、接合部５８０の平面視形状に対応したものとなり、これにより、接合部５８０に赤外線ＩＲを選択的に照射することができる。そのため、前述したように赤外線ＩＲによる接合部５８０以外の部位の過度な昇温、発熱を抑制することができ、振動デバイス５００が受ける熱ダメージを低減することができる。
なお、マスクの構成としては、上述のような機能を発揮することができれば、本実施形態のものに限定されず、例えば、赤外線吸収性を有する基板に、接合部５８０の平面視形状に対応した貫通孔を形成した構成であってもよい。
以上、接合装置１００の構成について、詳細に説明した。
【００７２】
３．接合方法
次に、接合装置１００を用いたパッケージ基板５２０とキャップ５３０との接合方法（本発明の接合方法）について説明する。
パッケージ基板５２０とキャップ５３０との接合方法は、凹部５３１の開口を塞ぐようにキャップ５３０をパッケージ基板５２０に載置するとともに、接合部５８０（第１、第２の接合部５８１、５８２）を凹部５３１の周囲であってキャップ５３０とパッケージ基板５２０との間に介在させ、パッケージ基板５２０の下側（キャップ５３０と反対側）から接合部５８０へ向けて赤外線ＩＲを照射し、接合部５８０がパッケージ基板５２０を透過した赤外線ＩＲの少なくとも一部を吸収することにより発熱し、該発熱によって溶融した接合部５８０を介してキャップ５３０とパッケージ基板５２０とを接合する。
【００７３】
以下、詳細に説明する。
［工程１］
まず、ステージ１２０上にパッケージ基板５２０を載置する。パッケージ基板５２０には、すでに、導電性接着剤５６１、５６２を介して圧電素子５９０が固定されているとともに、接続端子５４１、５４２、外部実装端子５５１、５５２および前記導体ポストが形成されている。なお、前述したように、外部実装端子５５１、５５２が、平面視にて、接合部５８０と重なる場合には、外部実装端子５５１、５５２を形成しておかない方が好ましい。
【００７４】
［工程２］
次に、ステージ１２０上に載置されたパッケージ基板５２０上にキャップ５３０を載置する。これにより、凹部５３１内に圧電素子５９０が収納されるとともに、凹部５３１の開口がパッケージ基板５２０によって塞がれる。また、第１の接合部５８１と第２の接合部５８２とが重なり合う。
【００７５】
［工程３］
次に、チャンバー１１０内を所定環境とする。前記所定環境とは、特に限定されず、例えば、チャンバー１１０内を真空下（例えば、真空度が４〜１０Ｐａ程度の環境下）としてもよいし、チャンバー１１０内の気体をＮ２ガスに置換してもよいし、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ等の不活性ガス（希ガス）に置換してもよい。これにより、振動デバイス５００の収納空間３をチャンバー１１０内と同じ環境とすることができるため、振動デバイス５００の振動特性や信頼性を向上させることができる。
【００７６】
［工程４］
次に、マスク１６０を所定位置に配置する。具体的には、マスク１６０をステージ１２０の下側であって、平面視にて、光透過部１６２ａが接合部５８０と重なるように配置する。マスク１６０の配置は、例えば、パッケージ基板５２０の下面に形成された基準マークをカメラで視認しながら、マスク１６０をパッケージ基板５２０に対して位置決めすることにより行うことができる。
【００７７】
［工程５］
次に、シャッター部１５１が閉状態として、赤外線ランプ１３０を駆動し、赤外線ランプ１３０の駆動が安定するまで待機する。なお、この状態では、赤外線ランプ１３０からの赤外線ＩＲは、シャッター部１５１によって遮断されるため、接合部５８０に照射されない。
【００７８】
［工程６］
次に、シャッター部１５１を開状態として、赤外線ＩＲをステージ１２０およびパッケージ基板５２０を介して接合部５８０（第１、第２の接合部５８１、５８２）に照射する。すると、第１の接合部５８１が赤外線ＩＲを吸収して発熱するとともに、第２の接合部５８２が第１の接合部５８１から伝達された熱により加熱されつつ赤外線ＩＲを吸収して発熱する。これにより、第１、第２の接合部５８１、５８２が共に溶融し、その結果、キャップ５３０とパッケージ基板５２０とが接合される。
【００７９】
特に、このような方法によれば、赤外線ＩＲの照射が、接合部５８０の全周に対して同時に行われ、キャップ５３０の下面５３２の全周をほぼ同時にパッケージ基板５２０に接合することができる。そのため、接合部５８０の一部に熱が局所的に発生することがないため、歪み（撓み）の発生を抑制しつつ、キャップ５３０とパッケージ基板５２０とを接合することができる。
【００８０】
このような接合方法（本発明の接合方法）は、赤外線吸収熱によってキャップ５３０をパッケージ基板５２０に溶接するため、次のような効果を発揮することができる。
第１に、前述したように、歪み（撓み）の発生を抑制しつつ、キャップ５３０とパッケージ基板５２０とを接合することができる。また、第２に、赤外線ＩＲの照射温度が比較的低いため、キャップ５３０の熱酸化を効果的に抑制することができ、良好な外観を有するケーシング５１０（振動デバイス５００）を得ることができる。また、第３に、非接触でキャップ５３０とパッケージ基板５２０とを接合することができるため、キャップ５３０およびパッケージ基板５２０の小型化にも、簡単に、対応することができる。
【００８１】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の接合方法および接合装置の第２実施形態について説明する。
図１０は、本発明の第２実施形態に係る接合装置が有する第２のマスクを示す平面図および断面図である。
以下、第２実施形態の接合方法および接合装置について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第２実施形態にかかる接合方法および接合装置は、マスクを２種類用いる以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
【００８２】
１．接合装置
本実施形態の接合装置１００では、第１のマスク１６０と、第２のマスク１７０Ａとを有している。第１のマスク１６０は、パッケージ基板５２０とキャップ５３０の本接合に用いるマスクであり、第２のマスク１７０Ａは、パッケージ基板５２０とキャップ５３０の仮接合に用いるマスクである。なお、第１のマスク１６０は、前述した第１実施形態のマスク１６０と同様の構成であるため、その説明を省略する。
【００８３】
第２のマスク１７０Ａは、光透過部１７２ａＡの形状が異なる以外は、第１のマスク１６０Ａと同様の構成である。すなわち、第２のマスク１７０Ａは、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、板状の基板１７１Ａと、基板１７１Ａの下面に形成された膜１７２Ａとを有している。また、膜１７２Ａには、貫通孔で構成された光透過部１７２ａＡが形成されている。
【００８４】
光透過部１７２ａＡは、接合部５８０の４つの角部（４隅）に対応するように形成されている。そのため、第２のマスク１７０Ａを透過した赤外線ＩＲは、実質的に、接合部５８０の各角部にだけ照射され、それ以外の領域には照射されない。すなわち、第２のマスク１７０Ａを介して赤外線ＩＲを接合部５８０に照射すると、その各角部に位置する第１、第２の接合部５８１、５８２が溶融し、各角部にてパッケージ基板５２０とキャップ５３０とが仮接合された状態となる。このような仮接合を行うことにより、パッケージ基板５２０およびキャップ５３０の歪み（撓み）の発生を、より効果的に、抑制することができる。
【００８５】
２．接合方法
本実施形態の接合装置１００を用いた接合方法（本発明の接合法）は、第２のマスク１７０Ａを介して接合部５８０に赤外線ＩＲを照射する第１の赤外線照射工程と、第１のマスク１６０Ａを介して接合部５８０に赤外線ＩＲを照射する第２の赤外線照射工程とを有している。
【００８６】
［第１の赤外線照射工程］
まず、赤外線ランプ１３０とステージ１２０との間に第２のマスク１７０Ａを配置し、第２のマスク１７０Ａを透過した赤外線ＩＲを接合部５８０に照射する。これにより、第１、第２の接合部５８１、５８２の各角部が溶融し、当該部分にて、パッケージ基板５２０とキャップ５３０とが接合される。
【００８７】
これにより、パッケージ基板５２０とキャップ５３０とが仮止めされ、後の第２の赤外線照射工程における赤外線ＩＲの照射の際に、パッケージ基板５２０およびキャップ５３０の熱による撓みにより第１の接合部５８１と第２の接合部５８２との間に隙間が生じるのをより確実に防止または抑制することができる。特に、仮接合にて接合する部位が、接合部５８０の周方向に間隔を隔てて複数個所設定されているため、上述した効果をより効果的に発揮することができる。
【００８８】
なお、本工程における赤外線ＩＲの照射時間は、特に限定されないが、第２の赤外線照射工程における赤外線ＩＲの照射時間よりも短いことが好ましい。これにより、パッケージ基板５２０およびキャップ５３０の過度な昇温を防止でき、パッケージ基板５２０およびキャップ５３０の撓みをより確実に抑制しつつ、パッケージ基板５２０とキャップ５３０とを仮接合することができる。
【００８９】
［第２の赤外線照射工程］
次に、第２のマスク１７０Ａを第１のマスク１６０と交換し、赤外線ランプ１３０とステージ１２０との間に第１のマスク１６０を配置する。次に、第１のマスク１６０を透過した赤外線ＩＲを接合部５８０に照射する。これにより、第１、第２の接合部５８１、５８２の全域（第１の赤外線照射工程にて溶融した各角部を除く部分）が溶融し、第１、第２の接合部５８１、５８２の全周にて、パッケージ基板５２０とキャップ５３０とが接合される。
【００９０】
なお、本実施形態では、第２の赤外線照射工程にて接合部５８０の周方向の全域に赤外線ＩＲを照射しているが、赤外線ＩＲの照射領域は、これに限定されず、第１の赤外線照射工程にて赤外線ＩＲが照射され溶融した部分を除く領域にのみ赤外線ＩＲを照射してもよい。
以上のような第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００９１】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の接合方法および接合装置の第３実施形態について説明する。
図１１は、本発明の第３実施形態に係る接合装置が有するマスクの断面図である。
以下、第３実施形態の接合方法および接合装置について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００９２】
本発明の第３実施形態にかかる接合方法および接合装置は、マスクの構成が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
図１１に示すように、本実施形態の接合装置１００が有するマスク１６０Ｂの光透過部１６２ａＢの幅Ｄ１が、接合部５８０（第１、第２の接合部５８１、５８２）の幅Ｄ２よりも小さい。幅Ｄ１としては、特に限定されないが、０．５Ｄ２以上、０．８Ｄ２以下程度であるのが好ましい。また、マスク１６０Ｂの外周縁と、接合部５８０の外周縁とが一致している。
【００９３】
このようなマスク１６０Ｂを介して接合部５８０に赤外線ＩＲを照射すると、第１、第２の接合部５８１、５８２の内周縁部には、実質的に赤外線ＩＲが照射されず、当該部分の過度な昇温が防止または抑制される。そのため、例えば、溶融した第１、第２の接合部５８１、５８２が微粒子として、収納空間３内に飛散する、いわゆるスプラッシュを防止または抑制することができる。
以上のような第３実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００９４】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の接合方法および接合装置の第３実施形態について説明する。
図１２は、本発明の第４実施形態に係る接合装置の概略図である。
以下、第４実施形態の接合方法および接合装置について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００９５】
本発明の第４実施形態にかかる接合方法および接合装置は、一度に複数のキャップ５３０を接合すること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
図１２に示すように、本実施形態の接合装置１００では、ステージ１２０には、複数（本実施形態では２個）のパッケージ基板５２０を個片化することのできる大きさの基板２００を載置する。この基板２００には、２つの圧電素子５９０が固定されているとともに、これらの周囲に２つの第１の接合部５８１が形成されている。また、押圧板１４１には、２つの圧電素子５９０に対応するように、２つの凹部１４３が形成されている。
【００９６】
このような接合装置１００では、基板２００上に、各圧電素子５９０を覆うように２つのキャップ５３０を配置して、２つのキャップ５３０を同時に基板２００に接合する。そして、接合が終了した後に、例えば、ダイシングソーなどにより基板２００を個片化することにより、２つの振動デバイス５００を得ることができる。
以上のような第４実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
以上、本発明の接合方法および接合装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００９７】
１００…接合装置 １１０…チャンバー １２０…ステージ １２１…上面 １２２…凹部 １３０…赤外線ランプ １４０…押圧手段 １４１…押圧板 １４１ａ…下面 １４２…昇降手段 １４３…凹部 １４３ａ…開口 １４３ｂ…底面 １４３ｃ…側面 １５０…シャッター機構 １５１…シャッター部 １５２…移動手段 １６０…マスク １６０Ａ…第１のマスク １６０Ｂ…マスク １６１…基板 １６２…膜 １６２ａ…光透過部 １６２ａＢ…光透過部 １７０Ａ…第２のマスク １７１Ａ…基板 １７２Ａ…膜 １７２ａＡ…光透過部 ２００…基板 ３…収納空間 ５００…振動デバイス ５１０…ケーシング ５２０…パッケージ基板 ５２１…上面 ５３０…キャップ ５３１…凹部 ５３２…下面 ５３３…頂面 ５４１…接続端子 ５４２…接続端子 ５５１…外部実装端子 ５５２…外部実装端子 ５６１…導電性接着剤 ５６２…導電性接着剤 ５７０…反射膜 ５８０…接合部 ５８１…第１の接合部 ５８２…第２の接合部 ５９０…圧電素子 ５９１…圧電基板 ５９３…励振電極 ５９３ａ…電極部 ５９３ｂ…ボンディングパッド ５９３ｃ…配線 ５９５…励振電極 ５９５ａ…電極部 ５９５ｂ…ボンディングパッド ５９５ｃ…配線 Ｄ１…幅 Ｄ２…幅 ＩＲ…赤外線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合方法および接合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、圧電素子等の機能素子をケーシングに収納して構成される圧電デバイスが知られている。具体的には、凹部を有し、酸化アルミニウム等のセラミックスで構成されたセラミックパッケージ（基体）と、凹部内に配置された圧電素子と、凹部を封止するリッド（蓋体）とを有する圧電デバイスが知られている。
また、前記凹部内を気密的に封止するために、蓋体をセラミックパッケージに接合しているが、この接合方法として、シーム溶接（パラレルシーム溶接）、レーザー溶接、プラズマアーク放電を用いたプラズマ溶接（アーク溶接）等が用いられている（例えば、特許文献１、２参照）。しかしながら、シーム溶接、レーザー溶接、アーク溶接には、次のような問題があった。
【０００３】
まず、シーム溶接には、圧電デバイスの小型化に対応することができないという問題がある。具体的に説明すれば、シーム溶接は、例えば、一対のローラー電極をリッドの縁に押し当て、一対のローラー電極間に電圧を印加しながら縁に沿って転がすことにより、リッドの縁を加熱し溶融させることにより、リッドをセラミックパッケージに溶接する接合方法である。しかしながら、近年、市場の要望により、圧電デバイスの小型化が急速に進んでおり、そのため、リッドの縁に電極を接触させることや、電極をリッドの縁に沿って転がすことが困難である。
【０００４】
次に、レーザー溶接には、ケーシングに歪みが発生するという問題がある。具体的に説明すれば、レーザー溶接は、高温のレーザーをリッドの縁に沿って移動しながら局所的かつ連続的に照射し、リッドの縁を溶融させることにより、リッドをセラミックパッケージに溶接する方法である。しかしながら、レーザー溶接は、前述のように、レーザーを局所的に照射するため、レーザーが照射された部分が局所的に昇温し熱膨張する。これにより、ケーシングに歪みが発生するおそれがある。ケーシングに歪みが生じると、当該歪みによって内部に収納された圧電素子に応力が加わり、その結果、圧電素子の機能が低下する。
次に、アーク溶接には、酸化により外観を損ねるという問題がある。具体的に説明すれば、プラズマアーク放電は、比較的高温（例えば、２０００℃程度）であるため、リッドのプラズマアーク放電に曝された部分（縁部）が酸化してしまう。これにより、ケーシングの外観が損なわれ、製品として販売することができなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭５７−４４４３７号公報
【特許文献２】特開２００３−１５８２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、基体および蓋体の小型化に対応することができ、かつ、外観を損ねることなく、歪みの発生を抑制することのできる基体と蓋体との接合方法および当該接合方法を実施することのできる接合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
本発明の接合方法は、蓋体および赤外線透過性を有する基体のうちの少なくとも一方に凹部が形成されており、前記凹部の開口を塞ぐように前記基体と前記蓋体とを接合する接合方法であって、
前記凹部の開口を塞ぐように前記蓋体を前記基体に載置するとともに、赤外線吸収性を有する枠状の接合部を前記凹部の周囲であって前記蓋体と前記基体との間に介在させ、
前記基体の前記蓋体と反対側から前記接合部へ向けて赤外線を照射し、前記接合部が前記基体を透過した前記赤外線の少なくとも一部を吸収することにより発熱し、該発熱によって溶融した前記接合部を介して前記凹部の周囲にて前記蓋体と前記基体とを接合することを特徴とする。
これにより、基体および蓋体の小型化に対応することができ、かつ、外観を損ねることなく、歪みの発生を抑制することのできる基体と蓋体との接合方法を提供することができる。
【０００８】
［適用例２］
本発明の接合方法では、前記接合部は、前記基体に形成された第１の接合部と、前記蓋体に形成された第２の接合部とを有し、
前記第１の接合部と前記第２の接合部とが前記凹部の開口を塞ぐように前記蓋体を前記基体に載置した状態にて重なり合っているのが好ましい。
これにより、基体と蓋体とをより強固に接合することができる。
【０００９】
［適用例３］
本発明の接合方法では、前記第１の接合部の融点は、前記第２の接合部の融点よりも高いのが好ましい。
これにより、第１、第２の接合部を共に、より確実に溶融することができる。
［適用例４］
本発明の接合方法では、前記第２の接合部は、前記第１の接合部が前記赤外線を吸収することにより発する熱により加熱されるのが好ましい。
これにより、第２の接合部を効果的に溶融することができる。
【００１０】
［適用例５］
本発明の接合方法では、前記第２の接合部は、前記基体および前記第１の接合部を透過した前記赤外線の少なくとも一部を吸収することにより発熱するのが好ましい。
これにより、第２の接合部を効果的に溶融することができる。
［適用例６］
本発明の接合方法では、前記接合部と前記蓋体との間には、赤外線を反射する反射部が設けられているのが好ましい。
これにより、赤外線を第１、第２の接合部の加熱に効率的に用いることができる。
【００１１】
［適用例７］
本発明の接合方法では、前記赤外線の照射は、前記接合部のパターンに対応した赤外線透過部を有するマスクを介して行われるのが好ましい。
これにより、第１、第２の接合部に選択的に赤外線を照射することができ、他の部分に加わる熱ダメージを低減することができる。
［適用例８］
本発明の接合方法では、前記赤外線の照射は、前記接合部の周方向の全域に対して同時に行われるのが好ましい。
これにより、基体および蓋体の歪みを抑制することができる。
【００１２】
［適用例９］
本発明の接合方法では、前記赤外線を前記接合部の一部に照射する第１の赤外線照射工程と、
前記赤外線を前記接合部の少なくとも前記一部を除いた部分に照射する第２の赤外線照射工程と、を有しているのが好ましい。
これにより、基体と蓋体とを仮止めすることができるため、基体および蓋体の歪みをより効果的に抑制することができる。
【００１３】
［適用例１０］
本発明の接合方法では、前記第１の赤外線照射工程にて前記赤外線が照射される部分は、前記接合部の周方向に間隔を隔てて複数個所設定されているのが好ましい。
これにより、基体と蓋体との仮止めを、より効果の高いものとすることができる。
［適用例１１］
本発明の接合方法では、前記赤外線を発生する光源と前記基体との間に、前記赤外線の通過を許容する状態と前記赤外線を遮断する状態とを選択することのできるシャッター部が配置されているのが好ましい。
これにより、赤外線照射時間や照射タイミングなどを精度よく制御することができる。
【００１４】
［適用例１２］
本発明の接合方法では、前記基体および前記蓋体のうちの少なくとも一方を他方に向けて押圧した状態で、前記赤外線を照射するのが好ましい。
これにより、基体と蓋体とを、より確実かつ効率的に、接合することができる。
［適用例１３］
本発明の接合方法では、前記蓋体を前記基体に向けて押圧する押圧手段を有し、
前記押圧手段は、前記蓋体を前記基体と反対側から前記基体に押圧する押圧部材を有しているのが好ましい。
これにより、押圧手段の構成が容易となる。また、赤外線の照射が押圧部材によって阻害されることがない。
【００１５】
［適用例１４］
本発明の接合方法では、前記蓋体を前記基体に向けて押圧する押圧手段を有し、
前記押圧手段は、前記蓋体を前記基体に向けて押圧するとともに、前記基体に対する前記蓋体の位置決めを行う押圧部材を有し、
前記押圧部材は、前記蓋体を前記基体に向けて押圧する際に前記蓋体と係合する係合部を有し、前記基体に向けて押圧しつつ前記蓋体を前記係合部に係合させることにより、前記基体に対する前記蓋体の位置決めを行うのが好ましい。
これにより、所望の位置関係にて、基体と蓋体とを接合することができる。また、簡単な構成にて、押圧部材によって蓋体を押圧するとともに、蓋体の位置決めを行うことができる。
【００１６】
［適用例１５］
本発明の接合方法では、前記係合部は、前記押圧部材の前記蓋体側の面に開放する凹部であるのが好ましい。
これにより、係合部の構成が簡単となる。
［適用例１６］
本発明の接合方法では、前記赤外線の照射は、気密空間内で行われるのが好ましい。
これにより、凹部内を所望の環境とすることができる。
【００１７】
［適用例１７］
本発明の接合方法では、前記凹部には、機能素子が収納されているのが好ましい。
このように、凹部内に機能素子が収納されている場合には、機能素子に与える熱ダメージを低減することができる。
［適用例１８］
本発明の接合装置は、蓋体および赤外線透過性を有する基体のうちの少なくとも一方に凹部が形成されており、前記凹部の開口を塞ぐように前記基体と前記蓋体とを接合する接合装置であって、
赤外線を出射する光源を有し、
前記凹部の開口を塞ぐように前記蓋体を前記基体に載置するとともに、赤外線吸収性を有する枠状の接合部を前記凹部の周囲であって前記蓋体と前記基体との間に介在させた状態にて、
前記光源からの前記赤外線を前記基体の前記蓋体と反対側から前記接合部へ向けて照射することにより、前記接合部が前記基体を透過した前記赤外線の少なくとも一部を吸収することにより発熱し、該発熱によって溶融した前記接合部を介して前記凹部の周囲にて前記蓋体と前記基体とを接合するよう構成されていることを特徴とする。
これにより、基体および蓋体の小型化に対応することができ、かつ、外観を損ねることなく、歪みの発生を抑制することのできる接合装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】振動デバイスの一例を示す平面図（上面図）である。
【図２】図１に示す振動デバイスの断面図である。
【図３】図１に示す振動デバイスの下面図である。
【図４】図１に示す振動デバイスのパッケージ基板とキャップとが接合されていない状態を示す断面図である。
【図５】図１に示す振動デバイスが有する圧電素子の平面図である。
【図６】本発明の接合装置の第１実施形態を示す概略図である。
【図７】図６に示す接合装置の押圧板を説明する断面図である。
【図８】図７に示す押圧板の変形例を示す断面図である。
【図９】図６に示す接合装置が有するマスクを説明する断面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る接合装置が有する第２のマスクを示す平面図および断面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る接合装置が有するマスクの断面図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る接合装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の接合方法および接合装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、振動デバイスの一例を示す平面図（上面図）、図２は、図１に示す振動デバイスの断面図、図３は、図１に示す振動デバイスの下面図、図４は、図１に示す振動デバイスのパッケージ基板とキャップとが接合されていない状態を示す断面図、図５は、図１に示す振動デバイスが有する圧電素子の平面図、図６は、本発明の接合装置の第１実施形態を示す概略図、図７は、図６に示す接合装置の押圧板を説明する断面図、図８は、図７に示す押圧板の変形例を示す断面図、図９は、図６に示す接合装置が有するマスクを説明する断面図である。なお、以下では、説明の都合上、図１中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」として説明する。また、図２、図４〜図９中の上側を「上」、下側を「下」として説明を行う。
【００２０】
１．振動デバイス
まず、本発明の接合方法（接合装置）により溶接される部分を有する振動デバイス５００について説明する。
図１ないし図５に示すように、振動デバイス５００は、ケーシング５１０と、ケーシング５１０内に収納された圧電素子（機能素子）５９０とを有している。
【００２１】
［ケーシング］
ケーシング５１０は、赤外線ＩＲを透過する赤外線透過性を有する板状のパッケージ基板（基体）５２０と、下面５３２に開放する凹部５３１を有する容器状のキャップ（蓋体）５３０とを有している。
キャップ５３０およびパッケージ基板５２０の平面視形状（輪郭形状）は、ともに略長方形（矩形）である。なお、キャップ５３０の平面視形状は、これに限定されず、例えば、正方形などの長方形以外の四角形（矩形）、円形、異形などであってもよい。また、パッケージ基板５２０の平面視形状も、キャップ５３０の凹部５３１の開口を塞ぐことができれば、特に限定されず、正方形などの長方形以外の四角形（矩形）、円形、異形などであってもよい。
【００２２】
図２に示すように、パッケージ基板５２０とキャップ５３０とは、接合部５８０を介して接合されている。接合部５８０は、凹部５３１の周囲を囲む枠状をなしており、溶融により、キャップ５３０の下面（凹部５３１の開口を囲む枠状の面）５３２と、パッケージ基板５２０の上面５２１の縁部とを接合する。これにより、キャップ５３０の凹部５３１の開口がパッケージ基板５２０によって塞がれ、収納空間３が形成される。この収納空間３には、圧電素子５９０が収納されている。
このような接合部５８０は、赤外線ＩＲを吸収する赤外線吸収性を有しており、いわゆる赤外線加熱により発熱、溶融し、これによりパッケージ基板５２０とキャップ５３０とを接合する。なお、赤外線ＩＲとは、０．７μｍ〜１ｍｍ程度の波長を有する光（電磁波）を言う。
【００２３】
パッケージ基板５２０とキャップ５３０との接合について簡単に説明すると、まず、接合部５８０を介してパッケージ基板５２０とキャップ５３０とを重ね合わせた状態とする。次に、パッケージ基板５２０の下側（キャップ５３０と反対側）から赤外線ＩＲを照射する。これにより、赤外線ＩＲがパッケージ基板５２０を透過して接合部５８０に照射される。
【００２４】
接合部５８０に照射された赤外線ＩＲのうちの少なくとも一部は、エネルギーとして接合部５８０に吸収（共振吸収）され、この吸収されたエネルギーが接合部５８０に分子の運動（振動）を誘発させる。このような分子の振動によって接合部５８０内に摩擦熱が発生し、接合部５８０が発熱する。そして、この発熱によって接合部５８０が溶解し、これにより、パッケージ基板５２０とキャップ５３０とが接合される。
【００２５】
なお、このようなパッケージ基板５２０とキャップ５３０との接合は、後述する接合方法（本発明の接合方法）により実施される。本発明の接合方法については、後に詳述する。
キャップ５３０の構成材料としては、特に限定されず、例えば、アルミニウム、ニッケル、銅、銀、金のような各種金属材料、これら金属材料のうちの少なくとも１種を含む合金（例えばコバール合金等）または金属間化合物、酸化物セラミックス、窒化物セラミックス、炭化物系セラミックス等の各種セラミックス材料、各種ガラス材料等が挙げられる。
【００２６】
パッケージ基板５２０は、前述したように、赤外線ＩＲを透過する赤外線透過性を有している。これにより、パッケージ基板５２０を介して接合部５８０に赤外線ＩＲを照射することができる。そのため、パッケージ基板５２０とキャップ５３０との接合を簡単かつ確実に行うことができる。
パッケージ基板５２０の赤外線透過率は、高い程好ましく、具体的には、８０％以上であるのが好ましく、９０％以上であるのがより好ましい。これにより、パッケージ基板５２０によって反射、吸収される赤外線ＩＲをより少なくすることができ、赤外線ＩＲを効率的に接合部５８０に照射することができる。また、赤外線ＩＲの出力や照射時間を抑えることができるため、少電力かつ短時間でパッケージ基板５２０とキャップ５３０とを接合することができる。さらには、赤外線ＩＲを吸収することによるパッケージ基板５２０の発熱を抑制することができ、パッケージ基板５２０の熱膨張に起因するケーシング５１０や圧電素子５９０に歪みを抑制することができる。
【００２７】
このようなパッケージ基板５２０は、赤外線透過性を有する赤外線透過材料で構成されている。赤外線透過材料としては、結晶性無機材料および非晶性無機材料が挙げられ、結晶性無機材料としては、例えば、ＺｎＳｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＺｎＳ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド等が挙げられる。一方、非晶性無機材料としては、例えば、ＳｉＯ2を主成分とする石英系ガラス材料、ＧｅＯ2を主成分とするゲルマネート系ガラス材料、Ａｌ2Ｏ3を主成分とするアルミネート系ガラス材料等の酸化物系ガラス材料、硫化物系ガラス材料、カルコゲナイドガラス材料等が挙げられる。
【００２８】
また、図１に示すように、パッケージ基板５２０の上面５２１には、収納空間３に臨む一対の接続端子５４１、５４２が形成されている。また、図３に示すように、パッケージ基板５２０の下面５２２には、圧電素子５９０が有する接続端子５４１、５４２をケーシング５１０の外側へ引き出すための一対の外部実装端子５５１、５５２が形成されている。接続端子５４１と外部実装端子５５１、接続端子５４２と外部実装端子５５２は、それぞれ、パッケージ基板５２０を厚さ方向に貫通する導体ポスト（図示せず）を介して電気的に接続されている。
【００２９】
接続端子５４１、５４２や外部実装端子５５１、５５２は、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）などの金属配線材料をパッケージ基板５２０上にスクリーン印刷して焼成し、その上にニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）などのめっきを施すことにより形成することができる。
ここで、図３に示すように、外部実装端子５５１、５５２は、それぞれ、パッケージ基板５２０の平面視（以下、単に「平面視」という。）にて、接合部５８０と重ならないように形成されているのが好ましい。そのため、本実施形態では、外部実装端子５５１、５５２は、平面視にて、その全域が収納空間３に内包されている。これにより、赤外線ＩＲをパッケージ基板５２０の下側からパッケージ基板５２０を介して接合部５８０に照射する際に、赤外線ＩＲが接合部５８０に到達する前に外部実装端子５５１、５５２によって反射または吸収されてしまうのを防止することができる。すなわち、確実に、接合部５８０に赤外線ＩＲを照射することができ、パッケージ基板５２０とキャップ５３０とを接合することができる。
【００３０】
なお、平面視にて、外部実装端子５５１、５５２が接合部５８０と重なる場合には、接合部５８０を介してパッケージ基板５２０とキャップ５３０とを接合した後に、外部実装端子５５１、５５２を形成すればよい。これにより、前述したような問題を解消することができる。
接合部５８０は、枠状をなしており、平面視にて、凹部５３１の周囲を囲むように形成されている。言い換えれば、接合部５８０は、キャップ５３０の下面５３２とパッケージ基板５２０の上面５２１の縁部との間に介在しており、当該部分にてパッケージ基板５２０とキャップ５３０とを接合している。これにより、凹部５３１の開口がパッケージ基板５２０によって気密的に塞がれる。
【００３１】
図４は、パッケージ基板５２０とキャップ５３０とを接合する前の状態を示す断面図である。同図に示すように、接合部５８０は、パッケージ基板５２０の上面５２１の縁部に設けられた枠状の第１の接合部５８１と、キャップ５３０の下面５３２に設けられた枠状の第２の接合部５８２とを有している。
パッケージ基板５２０の上面に第１の接合部５８１を形成する方法およびキャップ５３０の下面５３２に第２の接合部５８２を形成する方法としては、特に限定されないが、例えば、蒸着、スパッタリング等により形成した膜をフォトリソグラフィーおよび各種エッチング技術によってパターニングして形成してもよいし、スクリーン印刷等の各種印刷法を用いて形成してもよい。
【００３２】
第１、第２の接合部５８１、５８２の厚さとしては、それぞれ、特に限定されず、例えば、０．５μｍ以上、５．０μｍ以下程度である。
このような接合部５８０では、キャップ５３０をパッケージ基板５２０の上面に載置し、第１の接合部５８１と第２の接合部５８２とを重ね合わせた状態にて、赤外線ＩＲの照射によって第１、第２の接合部５８１、５８２を溶融し、これにより、パッケージ基板５２０とキャップ５３０とを接合する。
【００３３】
このように、パッケージ基板５２０およびキャップ５３０の両方に予め接合部（第１の接合部５８１および第２の接合部５８２）を設けておくことにより、これらの接合界面が接合部５８０の厚さ方向の中央部に形成される。すなわち、接合界面がパッケージ基板５２０またはキャップ５３０との接触部に形成されない。そのため、パッケージ基板５２０とキャップ５３０との接合をより確実に行うことができるとともに、これらの接合強度を高めることができる。
【００３４】
第１、第２の接合部５８１、５８２は、それぞれ、比較的高い赤外線吸収性を有している。第１、第２の接合部５８１、５８２の赤外線吸収率としては、高い程好ましく、具体的には、８０％以上であるのが好ましく、９０％以上であるのがより好ましい。これにより、より多くの赤外線ＩＲがエネルギーとして第１、第２の接合部５８１、５８２に吸収（共振吸収）されるため、効率的に、第１、第２の接合部５８１、５８２を加熱することができる。
【００３５】
第１の接合部５８１は、パッケージ基板５２０を透過した赤外線ＩＲを吸収して発熱し、溶融する。一方、第２の接合部５８２は、第１の接合部５８１を透過した赤外線ＩＲを吸収して発熱するとともに、第１の接合部５８１が赤外線ＩＲを吸収することにより発する熱の伝達により加熱され、溶融する。すなわち、第２の接合部５８２は、自らの発熱と外部から加わる熱とによって溶融する。これにより、第１、第２の接合部５８１、５８２をともに効率的に溶融することができる。
【００３６】
ここで、第１の接合部５８１の赤外線吸収率が高くなる程、第１の接合部５８１に吸収される赤外線ＩＲが増加するため、赤外線ＩＲを吸収することによる第１の接合部５８１の発熱（発熱量）が大きくなる。一方で、第１の接合部５８１に吸収される赤外線ＩＲが増加する分、第１の接合部５８１を透過して第２の接合部５８２へ照射される赤外線ＩＲが減少するため、赤外線ＩＲを吸収することによる第２の接合部５８２の発熱（発熱量）が小さくなる。
【００３７】
反対に、第１の接合部５８１の赤外線吸収率が低くなる程、第１の接合部５８１に吸収される赤外線ＩＲが減少するため、赤外線ＩＲを吸収することによる第１の接合部５８１の発熱（発熱量）が小さくなる。一方で、第１の接合部５８１に吸収される赤外線ＩＲが減少する分、第１の接合部５８１を透過して第２の接合部５８２へ照射される赤外線ＩＲが増加するため、赤外線ＩＲを吸収することによる第２の接合部５８２の発熱（発熱量）が大きくなる。
【００３８】
すなわち、第２の接合部５８１を溶融する熱の発生源としては、第１の接合部５８１の赤外線吸収率が高くなる程、第１の接合部５８１から伝達される熱が支配的となり、反対に、第１の接合部５８１の赤外線吸収率が低くなる程、赤外線ＩＲを吸収することによる第２の接合部５８２の発熱が支配的となる。
第１の接合部５８１からの熱による第２の接合部５８１の加熱と、赤外線ＩＲを吸収することによる第２の接合部５８２の発熱とのバランスとしては、特に限定されないが、第１の接合部５８１からの熱による第２の接合部５８１の加熱が支配的であるのが好ましい。
【００３９】
具体的には、第１の接合部５８１からの熱により第２の接合部５８１を加熱した場合の第２の接合部５８２の単位時間当たりの温度上昇量をＡ［℃／ｓｅｃ］とし、赤外線ＩＲを吸収することにより第２の接合部５８２が発熱した場合の単位時間当たりの温度上昇量をＢ［℃／ｓｅｃ］としたとき、Ａ／Ｂは、１０以上であるのが好ましく、５０以上であるのがより好ましい。これにより、赤外線ＩＲによって、第１、第２の接合部５８１、５８２を共に効率的に加熱することができるため、より確実に、第１、第２の接合部５８１、５８２を溶融することができる。
【００４０】
このような第１、第２の接合部５８１、５８２は、融点が互いに異なっているのが好ましい。具体的には、第１の接合部５８１の融点をＴ１とし、第２の接合部５８２の融点をＴ２としたとき、Ｔ１＞Ｔ２なる関係を満足することが好ましく、０．６Ｔ１＞Ｔ２なる関係を満足することがより好ましい。前述のように、第２の接合部５８２は、第１の接合部５８１が発する熱により加熱されたり、第１の接合部５８１を透過した赤外線ＩＲを吸収して発熱したりするため、第１の接合部５８１よりも昇温し難い。そのため、上記関係を満足することにより、第２の接合部５８２を第１の接合部５８１とともに、より確実に溶融することができる。
【００４１】
なお、第１、第２の接合部５８１、５８２の融点としては、それぞれ、特に限定されないが、６００℃以上、１０００℃以下程度であるのが好ましい。これにより、赤外線ＩＲの照射によって、第１、第２の接合部５８１、５８２をより確実に溶融することができる。さらに、パッケージ基板５２０、キャップ５３０および圧電素子５９０が高温に曝されてしまうのを抑制することができ、振動デバイス５００へ加わる熱ダメージを低減することができる。
【００４２】
熱ダメージとしては、種々のものがあり、例えば、圧電素子５９０に歪み（撓み）が生じてしまうことが挙げられる。また、振動デバイス５００の各種電極や配線は、ニッケル、クロムの下地層上に、金の電極層を成膜した構成であるため、熱によりこれら金属が合金化し、電極等が母材から剥がれ落ちてしまうことが挙げられる。
このような第１、第２の接合部５８１、５８２の構成材料としては、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、金、白金、銀、銅、マンガン、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、鉛、錫、チタン、タングステン等の各種金属、またはこれらのうちの少なくとも１種を含む合金等が挙げられる。
【００４３】
また、第１、第２の接合部５８１、５８２は、構成材料に共通の元素を含んでいるのが好ましい。これにより、第１の接合部５８１と第２の接合部５８２の相溶性が良好となる。そのため、第１の接合部５８１と第２の接合部５８２とを溶接により強固に接合することができ、その結果、パッケージ基板５２０とキャップ５３０との接合強度をより高めることができる。
【００４４】
本実施形態では、第２の接合部５８２とキャップ５３０の下面５３２との間には、赤外線を反射する反射膜（光反射部）５７０が形成されている。これにより、仮に、赤外線ＩＲの一部がパッケージ基板５２０、第１の接合部５８１および第２の接合部５８２のいずれにも吸収されずに、第２の接合部５８２を透過した場合、この赤外線ＩＲを反射膜５７０にて反射し、第２の接合部５８２側に戻すことができる。そのため、反射膜５７０に反射された赤外線ＩＲを、再び、第１、第２の接合部５８１、５８２の加熱のために用いることができるため、第１、第２の接合部５８１、５８２を効率的に加熱することができる。
このような反射膜５７０の構成材料は、赤外線ＩＲを反射することができれば、特に限定されないが、例えば、金を好適に用いることができる。
なお、反射膜５７０は、省略してもよいし、キャップ５３０の下面５３２が反射膜を兼ねていてもよい。
【００４５】
［圧電素子］
図５（ａ）は、圧電素子５９０を上方から見た平面図であり、同図（ｂ）は、圧電素子５９０を上方から見た透過図（平面図）である。
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、圧電素子５９０は、平面視形状が長方形（矩形）の板状をなす圧電基板５９１と、圧電基板５９１の表面に形成された一対の励振電極５９３、５９５とを有している。
【００４６】
圧電基板５９１は、主として厚み滑り振動をする水晶素板である。本実施形態では、圧電基板５９１としてＡＴカットと呼ばれるカット角で切り出された水晶素板を用いている。
ＡＴカットとは、水晶の結晶軸であるＸ軸とＺ軸とを含む平面（Ｙ面）をＸ軸回りにＺ軸から反時計方向に約３５度１５分程度回転させて得られる主面（Ｘ軸とＺ’軸とを含む主面）を有するように切り出すことを言う。
【００４７】
このような構成の圧電基板５９１では、圧電基板５９１の長手方向が水晶の結晶軸であるＸ軸と一致する。
励振電極５９３は、圧電基板５９１の上面に形成された電極部５９３ａと、圧電基板５９１の下面に形成されたボンディングパッド５９３ｂと、電極部５９３ａおよびボンディングパッド５９３ｂを電気的に接続する配線５９３ｃとを有している。
【００４８】
一方、励振電極５９５は、圧電基板５９１の下面に形成された電極部５９５ａと、圧電基板５９１の下面に形成されたボンディングパッド５９５ｂと、電極部５９５ａおよびボンディングパッド５９５ｂを電気的に接続する配線５９５ｃとを有している。
電極部５９３ａ、５９５ａは、圧電基板５９１を介して対向して設けられ、互いにほぼ同じ形状をなしている。すなわち、圧電基板５９１の平面視にて、電極部５９３ａ、５９５ａは、互いに重なるように位置し、輪郭が一致するように形成されている。
【００４９】
また、ボンディングパッド５９３ｂ、５９５ｂは、圧電基板５９１の下面の図２中右側の端部端部に離間して形成されている。
このような励振電極５９３、５９５は、例えば、圧電基板５９１上に蒸着やスパッタリングによってニッケル（Ｎｉ）またはクロム（Ｃｒ）の下地層を成膜した後、下地層の上に蒸着やスパッタリングによって金（Ａｕ）の電極層を成膜し、その後フォトリソグラフィーおよび各種エッチング技術を用いて、所望の形状にパターニングすることにより形成することができる。下地層を形成すすることにより、圧電基板５９１と前記電極層との接着性が向上し、信頼性の高い圧電素子５９０が得られる。
【００５０】
なお、励振電極５９３、５９５の構成としては、上記の構成に限定されず、例えば、下地層を省略してもよいし、その構成材料を他の導電性を有する材料（例えば、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、モリブテン（Ｍｏ）等の各種金属材料）としてもよい。
このような圧電素子５９０は、収納空間３内に収納されており、さらに、一対の導電性接着剤５６１、５６２を介してパッケージ基板５２０に片持ち支持されている。このように、圧電素子５９０を片持ち支持することにより、昇温による圧電素子５９０の撓み等を抑制することができる。
【００５１】
導電性接着剤５６１は、接続端子５４１とボンディングパッド５９３ｂとに接触して設けられており、これにより、導電性接着剤５６１を介して、接続端子５４１とボンディングパッド５９３ｂとが電気的に接続されている。一方の導電性接着剤５６２は、接続端子５４２とボンディングパッド５９５ｂとに接触して設けられており、これにより、導電性接着剤５６２を介して、接続端子５４２とボンディングパッド５９５ｂとが電気的に接続されている。
【００５２】
以上、振動デバイス５００について説明したが、振動デバイス５００が有する機能素子としては、前述した圧電素子５９０、すなわち、いわゆるＡＴカット水晶振動子に限定されない。機能素子としては、例えば、音叉型の水晶振動子、ＳＡＷ共振器、角速度検出素子、加速度検出素子等であってもよい。また、収納空間３内には、複数の機能素子が収納されていてもよい。
また、機能素子の駆動を制御したり、機能素子からの信号を受信したりするＩＣチップ等が収納されていてもよい。ＩＣチップを収納する場合には、ＩＣチップを機能素子の隣に並設してもよいし、ＩＣチップをケーシングの厚さ方向に機能素子と重なるように配置してもよい。
【００５３】
２．接合装置
次に、接合装置（本発明の接合装置）１００について説明する。
接合装置１００は、前述したように、キャップ５３０とパッケージ基板５２０とを接合する装置である。
図６に示すように、接合装置１００は、チャンバー１１０と、ステージ１２０と、ステージ１２０の下側に設けられた赤外線ランプ（光源）１３０と、キャップ５３０を押圧する押圧手段１４０と、ステージ１２０と赤外線ランプ１３０との間に設けられたシャッター機構１５０と、ステージ１２０とシャッター機構１５０との間に設けられたマスク１６０とを有している。
【００５４】
［ステージ］
ステージ１２０は、パッケージ基板５２０を載置するための載置台である。また、ステージ１２０は、その上面１２１に開放する凹部１２２を有しており、この凹部１２２にパッケージ基板５２０が係合する。パッケージ基板５２０が凹部１２２に係合した状態では、パッケージ基板５２０の変位が規制されており、これにより、ステージ１２０に対するパッケージ基板５２０の位置決めが行われる。すなわち、凹部１２２は、パッケージ基板５２０をステージ１２０上の所定位置に載置するための位置決め手段を構成していると言える。
【００５５】
なお、位置決め手段の構成としては、凹部１２２に限定されず、例えば、ステージ１２０の上面１２１から突出し、パッケージ基板５２０の周囲を囲むように形成された枠状の凸部などであってもよい。また、前記枠状の凸部の一部が欠損しているような構成であってもよい。
また、ステージ１２０は、赤外線ＩＲを透過する赤外線透過性を有している。これにより、赤外線ランプ１３０からの赤外線ＩＲを、ステージ１２０を介してパッケージ基板５２０に照射することができる。これにより、赤外線ＩＲを接合部５８０の下側から、その下面に向けて照射することができるため、効率的に接合部５８０（第１、第２の接合部５８１、５８２）を加熱することができる。
【００５６】
また、ステージ１２０の赤外線透過率は、高い程好ましく、具体的には、８０％以上であるのが好ましく、９０％以上であるのがより好ましい。これにより、ステージ１２０によって反射、吸収される赤外線ＩＲをより少なくすることができ、赤外線ＩＲを効率的に接合部５８０に照射することができる。また、赤外線ＩＲを吸収することによるステージ１２０の熱膨張を抑制することができ、パッケージ基板５２０を安定して載置することができる。
このようなステージ１２０は、例えば、前述したパッケージ基板５２０と同様の材料で構成されている。
【００５７】
なお、ステージ１２０の構成材料としては、上記の材料に限定されず、例えば、アルミニウム、鉄、ニッケル、銅、銀等の各種金属材料、またはこれらのうちの少なくとも１種を含む合金（例えば、ステンレス鋼、真鍮、アルミニウム系合金等）または金属間化合物、これらの金属の酸化物、窒化物、炭化物等の赤外線透過率の低い材料で構成されていてもよい。
【００５８】
この場合には、ステージ１２０に赤外線ＩＲを透過することのできる窓部を、当該窓部を透過した赤外線ＩＲが接合部５８０に照射されるような形状で形成すればよい。窓部の構成としては、赤外線ＩＲを透過することができれば特に限定されず、例えば、ステージ１２０を貫通する貫通孔であってもよいし、前記貫通孔に前述したような赤外線透過材料を充填したものであってもよい。
【００５９】
［押圧手段１４０］
押圧手段１４０は、キャップ５３０をパッケージ基板５２０に向けて押圧する機能を有している。このような押圧手段１４０によって、キャップ５３０をパッケージ基板５２０に向けて押圧した状態にて赤外線ＩＲを接合部５８０に照射することにより、第１、第２の接合部５８１、５８２を効率的に溶融することができるとともに、パッケージ基板５２０とキャップ５３０とをより強固に接合することができる。
【００６０】
図６に示すように、押圧手段１４０は、パッケージ基板５２０上に載置されたキャップ５３０の上側に位置する押圧板１４１と、押圧板１４１を図６中上下方向に昇降させる昇降手段１４２とを有している。このような構成では、押圧板１４１をキャップ５３０に接触させた状態から、押圧板１４１をさらに下側へ移動させる力を昇降手段１４２によって加えることにより、簡単に、キャップ５３０をパッケージ基板５２０に押圧することができる。
【００６１】
また、このような構成では、押圧板１４１は、パッケージ基板５２０を介して赤外線ランプ１３０と反対側に位置している。そのため、押圧板１４１は、接合部５８０への赤外線ＩＲの照射を阻害しない。したがって、接合部５８０への赤外線ＩＲの照射を確実に行うことができる。
また、押圧板１４１には、下面１４１ａに開放する凹部１４３が形成されている。凹部１４３は、キャップ５３０に係合するように形成されており、押圧板１４１によってキャップ５３０をパッケージ基板５２０へ押圧するとともに、凹部１４３にキャップ５３０を係合させることにより、パッケージ基板５２０に対するキャップ５３０の位置決めを行うことができる。すなわち、押圧手段１４０は、パッケージ基板５２０に対するキャップ５３０の位置決めを行う位置決め手段を兼ねている。これにより、パッケージ基板５２０に対するキャップ５３０のズレが防止され、パッケージ基板５２０とキャップ５３０とを所望の位置関係にて接合することができる。
【００６２】
本実施形態の凹部１４３の横断面形状（開口形状）は、キャップ５３０の頂面５３３の平面視形状と相似関係にある長方形をなしている。また、図７に示すように、凹部１４３の横断面積は、開口１４３ａ側から底面１４３ｂ側に向けて漸減している。具体的には、開口１４３ａの面積は、キャップ５３０の頂面５３３の面積よりも大きく、底面１４３ｂの面積は、キャップ５３０の頂面５３３の面積よりも小さい。また、開口１４３ａおよび底面１４３ｂの縁同士を連結する側面１４３ｃは、平滑な傾斜面で構成されている。このような形状とすることにより、凹部１４３が簡単な構成となる。
【００６３】
このような形状の凹部１４３では、キャップ５３０の頂面５３３が凹部１４３の厚さ方向の途中にて側面１４３ｃに当接することにより、凹部１４３に対するキャップ５３０の変位（頂面５３３の面方向への変位）が規制される（以下、この状態を「係合状態」とも言う）。キャップ５３０は、凹部１４３との係合状態にてパッケージ基板５２０上の所定位置に配置されるようになっており、これにより、押圧手段１４０によって、パッケージ基板５２０に対するキャップ５３０の位置決めが行われる。
【００６４】
特に、凹部１４３の側面１４３ｃが平滑な傾斜面で構成されているため、仮に、パッケージ基板５２０上のキャップ５３０の位置が所定位置からずれていた場合でも、そのずれを修正し、キャップ５３０をパッケージ基板５２０上の所定位置に配置することができる。具体的には、所定位置からずれたキャップ５３０は、凹部１４３内に入り込むと頂面５３３が凹部１４３の側面１４３ｃに案内されることにより、頂面５３３の面方向へ変位し、最終的に、凹部１４３と係合した係合状態となる。そのため、パッケージ基板５２０上のキャップ５３０の位置が所定位置からずれていた場合でも、確実かつ円滑に、キャップ５３０をパッケージ基板５２０上の所定位置に移動させることができる。
なお、凹部１４３の形状としては、本実施形態の形状に限定されず、例えば、図８に示すように、キャップ５３０の外形形状に対応した形状を有していてもよい。
【００６５】
［シャッター機構］
図６に示すように、シャッター機構１５０は、赤外線ランプ１３０とステージ１２０（パッケージ基板５２０）との間に設けられたシャッター部１５１と、シャッター部１５１を移動する移動手段１５２とを有している。このようなシャッター機構１５０は、移動手段１５２によってシャッター部１５１を移動することにより、赤外線ランプ１３０からの赤外線ＩＲの通過を許容する開状態と、赤外線ＩＲを遮断する閉状態とを選択することができるようになっている。すなわち、開状態では、赤外線ランプ１３０からの赤外線ＩＲを接合部５８０へ照射することができ、閉状態では、赤外線ランプ１３０からの赤外線ＩＲを接合部５８０に照射することができない。
【００６６】
このようなシャッター機構１５０を有することにより、接合部５８０への赤外線ＩＲの照射時間や照射タイミングを精度よくコントロールすることができる。すなわち、例えば、赤外線ランプ１３０のＯＮ／ＯＦＦの切り替えによっても、照射時間や照射タイミングをコントロールすることが可能であるが、赤外線ランプ１３０の反応速度が十分に早くなく、また、ＯＮ／ＯＦＦを切り替えた直後の駆動が不安定となり易い。そのため、赤外線ランプ１３０のＯＮ／ＯＦＦを切り替える方法では、赤外線ＩＲの照射時間や照射タイミングを精度よくコントロールすることができないおそれがある。これに対して、シャッター機構１５０を用いれば、開状態／閉状態を反応よくかつ素早く切り替えることができるため、赤外線ＩＲの照射時間や照射タイミングを精度よくコントロールすることができる。
なお、このようなシャッター機構１５０は、省略してもよく、この場合には、前述したように、赤外線ランプ１３０のＯＮ／ＯＦＦにより、赤外線ＩＲの照射時間のコントロールを行うことができる。
【００６７】
［マスク］
マスク１６０は、ステージ１２０とシャッター機構１５０との間に設けられている。このようなマスク１６０は、接合部５８０への赤外線ＩＲの照射を許容するとともに、接合部５８０以外への赤外線ＩＲの照射を抑制する機能を有している。これにより、接合部５８０以外の部位の過度な昇温、発熱を抑制することができるため、振動デバイス５００が受ける熱ダメージを低減することができる。
【００６８】
特に、パッケージ基板５２０に形成された接続端子５４１、５４２および外部実装端子５５１、５５２や、パッケージ基板５２０に固定された圧電素子５９０への赤外線ＩＲの照射を防止することができ、接続端子５４１、５４２および外部実装端子５５１、５５２がパッケージ基板５２０から剥離したり、励振電極５９３、５９５が圧電基板５９１から剥離したり、圧電基板５９１に歪みが生じたりするのを効果的に防止または抑制することができる。
【００６９】
図９に示すように、マスク１６０は、板状（シート状）の基板１６１と、基板１６１上に形成された膜１６２とで構成されている。
基板１６１は、赤外線透過性を有している。基板１６１の赤外線透過性は、高い程よく、具体的には、８０％以上であるのが好ましく、９０％以上であるのがより好ましい。このような基板１６１の構成材料としては、例えば、前述したパッケージ基板５２０と同様の材料を用いることができる。
【００７０】
膜１６２は、基板１６１の下面（赤外線ランプ１３０側の面）に形成されている。膜１６２は、赤外線ＩＲを吸収、反射する性質を有する。言い換えれば、膜１６２は、赤外線ＩＲをほとんど透過しない。膜１６２の赤外線透過率は、低い程よく、具体的には、２０％以下であるが好ましく、１０％以下であるのが好ましい。このような膜１６２の構成材料としては、上述した性質を発揮することができれば、特に限定されないが、例えば、前述した接合部５８０（第１の接合部５８１および第２の接合部５８２）や反射膜５７０と同様の材料を用いることができる。
【００７１】
また、膜１６２には、接合部５８０の平面視形状（パターン）に対応した、具体的には、接合部５８０の平面視形状とほぼ等しい形状の光透過部１６２ａが形成されている。光透過部１６２ａは、膜１６２を貫通する貫通孔で構成されている。このような構成とすることにより、マスク１６０を透過した赤外線ＩＲは、接合部５８０の平面視形状に対応したものとなり、これにより、接合部５８０に赤外線ＩＲを選択的に照射することができる。そのため、前述したように赤外線ＩＲによる接合部５８０以外の部位の過度な昇温、発熱を抑制することができ、振動デバイス５００が受ける熱ダメージを低減することができる。
なお、マスクの構成としては、上述のような機能を発揮することができれば、本実施形態のものに限定されず、例えば、赤外線吸収性を有する基板に、接合部５８０の平面視形状に対応した貫通孔を形成した構成であってもよい。
以上、接合装置１００の構成について、詳細に説明した。
【００７２】
３．接合方法
次に、接合装置１００を用いたパッケージ基板５２０とキャップ５３０との接合方法（本発明の接合方法）について説明する。
パッケージ基板５２０とキャップ５３０との接合方法は、凹部５３１の開口を塞ぐようにキャップ５３０をパッケージ基板５２０に載置するとともに、接合部５８０（第１、第２の接合部５８１、５８２）を凹部５３１の周囲であってキャップ５３０とパッケージ基板５２０との間に介在させ、パッケージ基板５２０の下側（キャップ５３０と反対側）から接合部５８０へ向けて赤外線ＩＲを照射し、接合部５８０がパッケージ基板５２０を透過した赤外線ＩＲの少なくとも一部を吸収することにより発熱し、該発熱によって溶融した接合部５８０を介してキャップ５３０とパッケージ基板５２０とを接合する。
【００７３】
以下、詳細に説明する。
［工程１］
まず、ステージ１２０上にパッケージ基板５２０を載置する。パッケージ基板５２０には、すでに、導電性接着剤５６１、５６２を介して圧電素子５９０が固定されているとともに、接続端子５４１、５４２、外部実装端子５５１、５５２および前記導体ポストが形成されている。なお、前述したように、外部実装端子５５１、５５２が、平面視にて、接合部５８０と重なる場合には、外部実装端子５５１、５５２を形成しておかない方が好ましい。
【００７４】
［工程２］
次に、ステージ１２０上に載置されたパッケージ基板５２０上にキャップ５３０を載置する。これにより、凹部５３１内に圧電素子５９０が収納されるとともに、凹部５３１の開口がパッケージ基板５２０によって塞がれる。また、第１の接合部５８１と第２の接合部５８２とが重なり合う。
【００７５】
［工程３］
次に、チャンバー１１０内を所定環境とする。前記所定環境とは、特に限定されず、例えば、チャンバー１１０内を真空下（例えば、真空度が４〜１０Ｐａ程度の環境下）としてもよいし、チャンバー１１０内の気体をＮ２ガスに置換してもよいし、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ等の不活性ガス（希ガス）に置換してもよい。これにより、振動デバイス５００の収納空間３をチャンバー１１０内と同じ環境とすることができるため、振動デバイス５００の振動特性や信頼性を向上させることができる。
【００７６】
［工程４］
次に、マスク１６０を所定位置に配置する。具体的には、マスク１６０をステージ１２０の下側であって、平面視にて、光透過部１６２ａが接合部５８０と重なるように配置する。マスク１６０の配置は、例えば、パッケージ基板５２０の下面に形成された基準マークをカメラで視認しながら、マスク１６０をパッケージ基板５２０に対して位置決めすることにより行うことができる。
【００７７】
［工程５］
次に、シャッター部１５１が閉状態として、赤外線ランプ１３０を駆動し、赤外線ランプ１３０の駆動が安定するまで待機する。なお、この状態では、赤外線ランプ１３０からの赤外線ＩＲは、シャッター部１５１によって遮断されるため、接合部５８０に照射されない。
【００７８】
［工程６］
次に、シャッター部１５１を開状態として、赤外線ＩＲをステージ１２０およびパッケージ基板５２０を介して接合部５８０（第１、第２の接合部５８１、５８２）に照射する。すると、第１の接合部５８１が赤外線ＩＲを吸収して発熱するとともに、第２の接合部５８２が第１の接合部５８１から伝達された熱により加熱されつつ赤外線ＩＲを吸収して発熱する。これにより、第１、第２の接合部５８１、５８２が共に溶融し、その結果、キャップ５３０とパッケージ基板５２０とが接合される。
【００７９】
特に、このような方法によれば、赤外線ＩＲの照射が、接合部５８０の全周に対して同時に行われ、キャップ５３０の下面５３２の全周をほぼ同時にパッケージ基板５２０に接合することができる。そのため、接合部５８０の一部に熱が局所的に発生することがないため、歪み（撓み）の発生を抑制しつつ、キャップ５３０とパッケージ基板５２０とを接合することができる。
【００８０】
このような接合方法（本発明の接合方法）は、赤外線吸収熱によってキャップ５３０をパッケージ基板５２０に溶接するため、次のような効果を発揮することができる。
第１に、前述したように、歪み（撓み）の発生を抑制しつつ、キャップ５３０とパッケージ基板５２０とを接合することができる。また、第２に、赤外線ＩＲの照射温度が比較的低いため、キャップ５３０の熱酸化を効果的に抑制することができ、良好な外観を有するケーシング５１０（振動デバイス５００）を得ることができる。また、第３に、非接触でキャップ５３０とパッケージ基板５２０とを接合することができるため、キャップ５３０およびパッケージ基板５２０の小型化にも、簡単に、対応することができる。
【００８１】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の接合方法および接合装置の第２実施形態について説明する。
図１０は、本発明の第２実施形態に係る接合装置が有する第２のマスクを示す平面図および断面図である。
以下、第２実施形態の接合方法および接合装置について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第２実施形態にかかる接合方法および接合装置は、マスクを２種類用いる以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
【００８２】
１．接合装置
本実施形態の接合装置１００では、第１のマスク１６０と、第２のマスク１７０Ａとを有している。第１のマスク１６０は、パッケージ基板５２０とキャップ５３０の本接合に用いるマスクであり、第２のマスク１７０Ａは、パッケージ基板５２０とキャップ５３０の仮接合に用いるマスクである。なお、第１のマスク１６０は、前述した第１実施形態のマスク１６０と同様の構成であるため、その説明を省略する。
【００８３】
第２のマスク１７０Ａは、光透過部１７２ａＡの形状が異なる以外は、第１のマスク１６０Ａと同様の構成である。すなわち、第２のマスク１７０Ａは、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、板状の基板１７１Ａと、基板１７１Ａの下面に形成された膜１７２Ａとを有している。また、膜１７２Ａには、貫通孔で構成された光透過部１７２ａＡが形成されている。
【００８４】
光透過部１７２ａＡは、接合部５８０の４つの角部（４隅）に対応するように形成されている。そのため、第２のマスク１７０Ａを透過した赤外線ＩＲは、実質的に、接合部５８０の各角部にだけ照射され、それ以外の領域には照射されない。すなわち、第２のマスク１７０Ａを介して赤外線ＩＲを接合部５８０に照射すると、その各角部に位置する第１、第２の接合部５８１、５８２が溶融し、各角部にてパッケージ基板５２０とキャップ５３０とが仮接合された状態となる。このような仮接合を行うことにより、パッケージ基板５２０およびキャップ５３０の歪み（撓み）の発生を、より効果的に、抑制することができる。
【００８５】
２．接合方法
本実施形態の接合装置１００を用いた接合方法（本発明の接合法）は、第２のマスク１７０Ａを介して接合部５８０に赤外線ＩＲを照射する第１の赤外線照射工程と、第１のマスク１６０Ａを介して接合部５８０に赤外線ＩＲを照射する第２の赤外線照射工程とを有している。
【００８６】
［第１の赤外線照射工程］
まず、赤外線ランプ１３０とステージ１２０との間に第２のマスク１７０Ａを配置し、第２のマスク１７０Ａを透過した赤外線ＩＲを接合部５８０に照射する。これにより、第１、第２の接合部５８１、５８２の各角部が溶融し、当該部分にて、パッケージ基板５２０とキャップ５３０とが接合される。
【００８７】
これにより、パッケージ基板５２０とキャップ５３０とが仮止めされ、後の第２の赤外線照射工程における赤外線ＩＲの照射の際に、パッケージ基板５２０およびキャップ５３０の熱による撓みにより第１の接合部５８１と第２の接合部５８２との間に隙間が生じるのをより確実に防止または抑制することができる。特に、仮接合にて接合する部位が、接合部５８０の周方向に間隔を隔てて複数個所設定されているため、上述した効果をより効果的に発揮することができる。
【００８８】
なお、本工程における赤外線ＩＲの照射時間は、特に限定されないが、第２の赤外線照射工程における赤外線ＩＲの照射時間よりも短いことが好ましい。これにより、パッケージ基板５２０およびキャップ５３０の過度な昇温を防止でき、パッケージ基板５２０およびキャップ５３０の撓みをより確実に抑制しつつ、パッケージ基板５２０とキャップ５３０とを仮接合することができる。
【００８９】
［第２の赤外線照射工程］
次に、第２のマスク１７０Ａを第１のマスク１６０と交換し、赤外線ランプ１３０とステージ１２０との間に第１のマスク１６０を配置する。次に、第１のマスク１６０を透過した赤外線ＩＲを接合部５８０に照射する。これにより、第１、第２の接合部５８１、５８２の全域（第１の赤外線照射工程にて溶融した各角部を除く部分）が溶融し、第１、第２の接合部５８１、５８２の全周にて、パッケージ基板５２０とキャップ５３０とが接合される。
【００９０】
なお、本実施形態では、第２の赤外線照射工程にて接合部５８０の周方向の全域に赤外線ＩＲを照射しているが、赤外線ＩＲの照射領域は、これに限定されず、第１の赤外線照射工程にて赤外線ＩＲが照射され溶融した部分を除く領域にのみ赤外線ＩＲを照射してもよい。
以上のような第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００９１】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の接合方法および接合装置の第３実施形態について説明する。
図１１は、本発明の第３実施形態に係る接合装置が有するマスクの断面図である。
以下、第３実施形態の接合方法および接合装置について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００９２】
本発明の第３実施形態にかかる接合方法および接合装置は、マスクの構成が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
図１１に示すように、本実施形態の接合装置１００が有するマスク１６０Ｂの光透過部１６２ａＢの幅Ｄ１が、接合部５８０（第１、第２の接合部５８１、５８２）の幅Ｄ２よりも小さい。幅Ｄ１としては、特に限定されないが、０．５Ｄ２以上、０．８Ｄ２以下程度であるのが好ましい。また、マスク１６０Ｂの外周縁と、接合部５８０の外周縁とが一致している。
【００９３】
このようなマスク１６０Ｂを介して接合部５８０に赤外線ＩＲを照射すると、第１、第２の接合部５８１、５８２の内周縁部には、実質的に赤外線ＩＲが照射されず、当該部分の過度な昇温が防止または抑制される。そのため、例えば、溶融した第１、第２の接合部５８１、５８２が微粒子として、収納空間３内に飛散する、いわゆるスプラッシュを防止または抑制することができる。
以上のような第３実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００９４】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の接合方法および接合装置の第３実施形態について説明する。
図１２は、本発明の第４実施形態に係る接合装置の概略図である。
以下、第４実施形態の接合方法および接合装置について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００９５】
本発明の第４実施形態にかかる接合方法および接合装置は、一度に複数のキャップ５３０を接合すること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
図１２に示すように、本実施形態の接合装置１００では、ステージ１２０には、複数（本実施形態では２個）のパッケージ基板５２０を個片化することのできる大きさの基板２００を載置する。この基板２００には、２つの圧電素子５９０が固定されているとともに、これらの周囲に２つの第１の接合部５８１が形成されている。また、押圧板１４１には、２つの圧電素子５９０に対応するように、２つの凹部１４３が形成されている。
【００９６】
このような接合装置１００では、基板２００上に、各圧電素子５９０を覆うように２つのキャップ５３０を配置して、２つのキャップ５３０を同時に基板２００に接合する。そして、接合が終了した後に、例えば、ダイシングソーなどにより基板２００を個片化することにより、２つの振動デバイス５００を得ることができる。
以上のような第４実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
以上、本発明の接合方法および接合装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００９７】
１００…接合装置 １１０…チャンバー １２０…ステージ １２１…上面 １２２…凹部 １３０…赤外線ランプ １４０…押圧手段 １４１…押圧板 １４１ａ…下面 １４２…昇降手段 １４３…凹部 １４３ａ…開口 １４３ｂ…底面 １４３ｃ…側面 １５０…シャッター機構 １５１…シャッター部 １５２…移動手段 １６０…マスク １６０Ａ…第１のマスク １６０Ｂ…マスク １６１…基板 １６２…膜 １６２ａ…光透過部 １６２ａＢ…光透過部 １７０Ａ…第２のマスク １７１Ａ…基板 １７２Ａ…膜 １７２ａＡ…光透過部 ２００…基板 ３…収納空間 ５００…振動デバイス ５１０…ケーシング ５２０…パッケージ基板 ５２１…上面 ５３０…キャップ ５３１…凹部 ５３２…下面 ５３３…頂面 ５４１…接続端子 ５４２…接続端子 ５５１…外部実装端子 ５５２…外部実装端子 ５６１…導電性接着剤 ５６２…導電性接着剤 ５７０…反射膜 ５８０…接合部 ５８１…第１の接合部 ５８２…第２の接合部 ５９０…圧電素子 ５９１…圧電基板 ５９３…励振電極 ５９３ａ…電極部 ５９３ｂ…ボンディングパッド ５９３ｃ…配線 ５９５…励振電極 ５９５ａ…電極部 ５９５ｂ…ボンディングパッド ５９５ｃ…配線 Ｄ１…幅 Ｄ２…幅 ＩＲ…赤外線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓋体および赤外線透過性を有する基体のうちの少なくとも一方に凹部が形成されており、前記凹部の開口を塞ぐように前記基体と前記蓋体とを接合する接合方法であって、
前記凹部の開口を塞ぐように前記蓋体を前記基体に載置するとともに、赤外線吸収性を有する枠状の接合部を前記凹部の周囲であって前記蓋体と前記基体との間に介在させ、
前記基体の前記蓋体と反対側から前記接合部へ向けて赤外線を照射し、前記接合部が前記基体を透過した前記赤外線の少なくとも一部を吸収することにより発熱し、該発熱によって溶融した前記接合部を介して前記凹部の周囲にて前記蓋体と前記基体とを接合することを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記接合部と前記蓋体との間には、赤外線を反射する反射部が設けられている請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
前記赤外線の照射は、前記接合部のパターンに対応した赤外線透過部を有するマスクを介して行われる請求項１または２に記載の接合方法。
【請求項４】
前記赤外線の照射は、前記接合部の周方向の全域に対して同時に行われる請求項１ないし３のいずれかに記載の接合方法。
【請求項５】
前記赤外線を発生する光源と前記基体との間に、前記赤外線の通過を許容する状態と前記赤外線を遮断する状態とを選択することのできるシャッター部が配置されている請求項１ないし４のいずれかに記載の接合方法。
【請求項６】
前記基体および前記蓋体のうちの少なくとも一方を他方に向けて押圧した状態で、前記赤外線を照射する請求項１ないし５のいずれかに記載の接合方法。
【請求項７】
前記蓋体を前記基体に向けて押圧する押圧手段を有し、
前記押圧手段は、前記蓋体を前記基体に向けて押圧するとともに、前記基体に対する前記蓋体の位置決めを行う押圧部材を有し、
前記押圧部材は、前記蓋体を前記基体に向けて押圧する際に前記蓋体と係合する係合部を有し、前記基体に向けて押圧しつつ前記蓋体を前記係合部に係合させることにより、前記基体に対する前記蓋体の位置決めを行う請求項６に記載の接合方法。
【請求項８】
蓋体および赤外線透過性を有する基体のうちの少なくとも一方に凹部が形成されており、前記凹部の開口を塞ぐように前記基体と前記蓋体とを接合する接合装置であって、
赤外線を出射する光源を有し、
前記凹部の開口を塞ぐように前記蓋体を前記基体に載置するとともに、赤外線吸収性を有する枠状の接合部を前記凹部の周囲であって前記蓋体と前記基体との間に介在させた状態にて、
前記光源からの前記赤外線を前記基体の前記蓋体と反対側から前記接合部へ向けて照射することにより、前記接合部が前記基体を透過した前記赤外線の少なくとも一部を吸収することにより発熱し、該発熱によって溶融した前記接合部を介して前記凹部の周囲にて前記蓋体と前記基体とを接合するよう構成されていることを特徴とする接合装置。
【請求項１】
蓋体および赤外線透過性を有する基体のうちの少なくとも一方に凹部が形成されており、前記凹部の開口を塞ぐように前記基体と前記蓋体とを接合する接合方法であって、
前記凹部の開口を塞ぐように前記蓋体を前記基体に載置するとともに、赤外線吸収性を有する枠状の接合部を前記凹部の周囲であって前記蓋体と前記基体との間に介在させ、
前記基体の前記蓋体と反対側から前記接合部へ向けて赤外線を照射し、前記接合部が前記基体を透過した前記赤外線の少なくとも一部を吸収することにより発熱し、該発熱によって溶融した前記接合部を介して前記凹部の周囲にて前記蓋体と前記基体とを接合することを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記接合部と前記蓋体との間には、赤外線を反射する反射部が設けられている請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
前記赤外線の照射は、前記接合部のパターンに対応した赤外線透過部を有するマスクを介して行われる請求項１または２に記載の接合方法。
【請求項４】
前記赤外線の照射は、前記接合部の周方向の全域に対して同時に行われる請求項１ないし３のいずれかに記載の接合方法。
【請求項５】
前記赤外線を発生する光源と前記基体との間に、前記赤外線の通過を許容する状態と前記赤外線を遮断する状態とを選択することのできるシャッター部が配置されている請求項１ないし４のいずれかに記載の接合方法。
【請求項６】
前記基体および前記蓋体のうちの少なくとも一方を他方に向けて押圧した状態で、前記赤外線を照射する請求項１ないし５のいずれかに記載の接合方法。
【請求項７】
前記蓋体を前記基体に向けて押圧する押圧手段を有し、
前記押圧手段は、前記蓋体を前記基体に向けて押圧するとともに、前記基体に対する前記蓋体の位置決めを行う押圧部材を有し、
前記押圧部材は、前記蓋体を前記基体に向けて押圧する際に前記蓋体と係合する係合部を有し、前記基体に向けて押圧しつつ前記蓋体を前記係合部に係合させることにより、前記基体に対する前記蓋体の位置決めを行う請求項６に記載の接合方法。
【請求項８】
蓋体および赤外線透過性を有する基体のうちの少なくとも一方に凹部が形成されており、前記凹部の開口を塞ぐように前記基体と前記蓋体とを接合する接合装置であって、
赤外線を出射する光源を有し、
前記凹部の開口を塞ぐように前記蓋体を前記基体に載置するとともに、赤外線吸収性を有する枠状の接合部を前記凹部の周囲であって前記蓋体と前記基体との間に介在させた状態にて、
前記光源からの前記赤外線を前記基体の前記蓋体と反対側から前記接合部へ向けて照射することにより、前記接合部が前記基体を透過した前記赤外線の少なくとも一部を吸収することにより発熱し、該発熱によって溶融した前記接合部を介して前記凹部の周囲にて前記蓋体と前記基体とを接合するよう構成されていることを特徴とする接合装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−４２００３（Ｐ２０１３−４２００３Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７８３３８（Ｐ２０１１−１７８３３８）
【出願日】平成２３年８月１７日（２０１１．８．１７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１７日（２０１１．８．１７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
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