JP2011234203A - 圧電発振器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【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。
【選択図】図４

Description

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。

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。

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）。

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。

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。

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）。

特開２００８−２５２７８２号公報 特許第３３９８３３１号公報

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。

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。

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。

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。

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１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 （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。 （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。 （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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

（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。

（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_４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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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

Claims (1)

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。

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