JP3786097B2 - 圧電デバイスの蓋封止方法及び圧電デバイスの製造方法並びに圧電デバイスの蓋封止装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動片をパッケージに内蔵した圧電デバイスとそのパッケージの封止方法の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
HDD(ハード・ディスク・ドライブ)、モバイルコンピュータ、あるいはICカード等の小型の情報機器や、携帯電話等の電子機器には、パッケージ内に圧電振動片を収容して封止した圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが使用されている。
このような圧電デバイスは、上部が開放されたセラミックス製のパッケージ内に圧電振動片を収容して、蓋体を固定することで、パッケージを封止することにより形成されている。
【0003】
この圧電デバイスは、概略的には、図28のフローチャートに示すように製造される。
先ず、セラミックス等の圧電材料で形成した箱状のパッケージを用意し、このパッケージの内部に予め形成した電極部に、水晶等の圧電材料で形成した圧電振動片を導電性接着剤を用いて固定する(ST1)。
次いで、パッケージにロウ材を用いて、蓋体を封止する(以下、「蓋封止」という)(ST2)。続いて、パッケージ外部から加熱することで熱処理し、例えば、圧電振動片の固定に用いた上記導電性接着剤等から出る有害なガス成分を出す(ST3)。
【0004】
さらに、アニール処理されたパッケージを真空中に配置しておき、パッケージに予め形成されている貫通孔から、上記ガス成分を真空中に追い出した後で、この貫通孔に金属材料を加熱充填して、貫通孔の真空封止を行う(以下、「孔封止」という)(ST4)。
最後に、外部からレーザ光を上記蓋体を透過させて、パッケージ内の圧電振動片の電極部に照射し、電極の一部を蒸散させることにより、質量削減方式による周波数調整をして、振動周波数の合わせ込みをおこない(ST5)、必要な検査をして、圧電デバイスを完成させる。
【0005】
ここで、ST2の蓋体の封止を行う場合には、例えば、図29に示すようなベルト炉形式の封止装置1を用いる。図29(a)は、封止装置1の概略平面図であり、図29(b)は、封止装置1の概略側面図である。
この封止装置1は、加熱室2を備えており、この加熱室2内を、コンベヤベルト等で構成したベルト4が移動するようになっている。加熱室2内には、移動方向に沿って複数のヒータ3,3,3が配置されている。ベルト4上には、パッケージ6が載置されて、矢印A方向に沿ってベルト4により移動される。加熱室2内では、ベルト4の上方に配置されたヒータ3,3,3により、移動するパッケージ6が加熱されるようになっている。
【0006】
ここで、図30に拡大して示されているように、ベルト4上に配置されたパッケージ6は、蓋体7を下にして、パッケージ6の底部を上に向けて配置されている。パッケージ6の開口部には、蓋体7との間に、鉛入り低融点ガラス、Au/Sn等でなるロウ材8が配置されている(例えば、特許文献1参照)。
【0007】
パッケージ6の内部空間S内には、圧電振動片6aが収容されている。この圧電振動片6aは、図28のST1で説明したように、パッケージ6の内側底面に銀ペースト等の導電性接着剤6bにより固定されている。
このような状態で、トレー3と各パッケージ6は、図29の矢印Aに示す方向に送られることにより、加熱室2内を通過する間に蓋体7の封止が行われるようになっている。
【0008】
すなわち、図29において、トレー3と各パッケージ6は、図29の矢印Aに示す方向に送られて、加熱室2内を通過する間に、パッケージ6と蓋体7との間のロウ材8が溶融され、パッケージ6と蓋体7との封止が行われる。
【0009】
【特許文献1】
特開平8−78955号公報の段落0003、段落0011
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図29のような封止装置1では、加熱室2内を移動するパッケージ6の周囲温度が、時間経過に従って、図31に示すような温度プロファイルにしたがって変化する。
すなわち、図示されているように、封止装置1による加熱工程では、ロウ材8が溶融を始める摂氏320度程度まで温度上昇に要する時間T1が15分ほどかかり、さらに、摂氏360度まで上昇し、ふたたび摂氏320度まで降下するロウ材8の溶融時間T2は、30分程度である。さらに、摂氏320度から室温程度まで降下するのに要する時間T3は、15分程度である。
【0011】
このように、蓋体7をパッケージ6に封止するのに長時間を要すると、パッケージ6内部が長い時間高温に晒される。これにより、例えば、圧電振動片6aを支持している銀ペースト6b等が劣化する。
また、加熱手段4を長時間駆動する必要があり、その分駆動のエネルギーが余計にかかることになる。特に、封止装置1のように、ベルト炉を用いる場合には、余熱時間を長時間要し、生産の切れ目等で、熱が降下すると、立ち上げるのに時間がかかることから、このような生産の切れ目でも加熱を継続する必要があり、窒素も導入し続ける必要がある。さらに、ロウ材8を摂氏360度まで加熱するためには、ヒータ3,3,3は、摂氏600度付近まで加熱する必要がある。このため、非常に無駄の多い封止方法であった。
【0012】
さらに、蓋体7を封止するためのロウ材8として、鉛フリーのロウ材を使用すると、上述のような摂氏320度程度の温度では、溶融させることができず、摂氏430度以上の高温を必要とするが、このような高温はさらに長時間とエネルギーの無駄を生じる。このため、従来の封止装置1では、ロウ材の鉛フリー化に事実上対応できない。
【0013】
そこで、図32に示すような方法も考えられる。
図32では、チャンバー2内の支持手段にトレー3aを支持し、このトレー3a上には、図32の上部に拡大して示すように、複数のパッケージ6を載置している。
そして、蓋体7をガラス等の光透過性の材料で形成し、レーザ光の照射手段9を用いてレーザ光L1を蓋体7の上から、ロウ材8の対応箇所に照射し、その熱でロウ材8を溶融して、蓋体7をパッケージ6の上端に封止固定しようとするものである。
【0014】
しかしながら、このような手法を用いると、レーザ光L1をパッケージ6の上端面に載る蓋体7の封止しろに沿って、走査しなければならず、個々のパッケージ6ごとに、レーザ光L1を走査する煩雑さがある。このため、トレー3a上に配置された全てのパッケージ6について、蓋体7を封止するのに長時間を要するという問題があり、多数のパッケージ6を同時に封止するバッジ処理には不向きであるという欠点があった。
【0015】
本発明は、圧電デバイスのパッケージの蓋封止において、複数もしくは多数のパッケージの蓋封止を、迅速かつ確実に行うことができる圧電デバイスの蓋封止方法と、蓋封止装置、及びこの方法により孔封止された圧電デバイスと、圧電デバイスを利用した携帯電話装置及び、圧電デバイスを利用した電子機器を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、第1の発明にあっては、圧電振動片の一部を支持固定したパッケージに、蓋体を固定した圧電デバイスに関して、前記パッケージに前記蓋体を封止する蓋封止方法であって、前記パッケージを、その底部側がハロゲンランプに向くようにして複数個並べ、前記複数個のパッケージの底部に対して、ハロゲンランプによる光ビームを照射して、その熱により前記パッケージと前記蓋体との間に配置したロウ材を溶融するようにした、圧電デバイスの蓋封止方法により、達成される。
第1の発明の構成によれば、ハロゲンランプの光ビームを使用することにより、所定の範囲で、光ビームを照射することができる。このため、レーザ光のように細い集束された光ビームと比較すると、有効加熱範囲を広げることができ、複数のパッケージをパッケージの底部側から同時に加熱して、蓋封止することができる。しかも、電熱線を利用した加熱手段を有するベルト炉を用いる場合等と比較すると、封止に要する温度に上昇する時間が早く、全体の加熱時間を短縮して、パッケージ内の構造に対して、熱による悪影響を与えにくい。
また、蓋体を固定するロウ材に、鉛を含まない高い融点のロウ材を用いても、短時間で溶融温度まで昇温させることができる。
また、パッケージの蓋体は、光透過性の材料で形成してもよい。
尚、この蓋封止方法は、先に説明した圧電デバイスの製造工程の一部であり、本発明を蓋封止方法に特徴を有する圧電デバイスの製造方法として捉えることもできる。
これにより、本発明の効果として、圧電デバイスのパッケージの蓋封止において、複数もしくは多数のパッケージの蓋封止を、迅速かつ確実に行うことができる圧電デバイスの蓋封止方法を提供することができる。
【0017】
第2の発明は、第1の発明の構成において、前記ハロゲンランプによる光ビームの照射に先立って、前記パッケージを保持手段の上に、前記パッケージの底部が外部に向くように配置することを特徴とする。
第2の発明の構成によれば、複数のパッケージについて、ハロゲンランプによる光ビームが照射されるべき箇所を外部に向けて、適切に位置決めして保持することができる。
【0018】
第3の発明は、第1または第2の発明のいずれかの構成において、前記蓋体としてガラス材料で形成した蓋体を使用し、かつ前記ロウ材として低融点ガラスを使用することを特徴とする。
第3の発明の構成によれば、蓋体を固定すべきロウ材について、鉛を含まない低融点ガラスを用いることで、鉛フリーを実現することができる。
【0019】
第4の発明は、第1ないし第3の発明のいずれかの構成において、前記ハロゲンランプにより光ビームが、ランプユニットからほぼ平行に照射されることにより、前記複数のパッケージを含む全ての領域に同時に光ビームを照射することを特徴とする。
第4の発明の構成によれば、必要により光源ランプを多く使用し、一度に処理するパッケージをハロゲンランプとの関係でほぼ同じ距離に多数並べることで、バッチ処理が可能となる。
【0020】
第5の発明は、第2ないし第4の発明のいずれかの構成において、前記複数の各パッケージ部分だけを覆い、前記保持手段の一部を露出するようにしたマスクを配置した後で、前記ハロゲンランプにより光ビームを照射することを特徴とする。
第5の発明の構成によれば、各パッケージをマスクで覆うことで、ハロゲンランプの光ビームがパッケージに照射されることを有効に防止し、マスクで遮蔽されていない保持手段を加熱して、保持手段の熱を蓋体及びそのロウ材に伝えることで、パッケージに対する熱による損傷をできるだけ避けて、ロウ材を有効に溶融させることができる。
【0021】
第6の発明は、第1ないし第5の発明のいずれかの構成において、前記複数のパッケージが気密構造のチャンバー内に収容され、チャンバー内を真空排気した後で、不活性ガスを導入した後で、前記ハロゲンランプにより光ビームを照射することを特徴とする。
第6の発明の構成によれば、前記ハロゲンランプにより光ビームによる熱を不活性ガス,例えば、窒素を介して伝達させて、ロウ材を溶融させることができると共に、チャンバー内の保持手段等の治具が酸化して劣化することを有効に防止することができる。
【0022】
第7の発明は、第1ないし第5の発明のいずれかの構成において、前記ロウ材として、酸素原子と金属原子とが結合したロウ材を使用し、かつ、このロウ材を、大気雰囲気においてハロゲンランプによる光ビームを照射して溶融することを特徴とする。
第7の発明の構成によれば、ロウ材として、酸素原子と金属原子との化合物を備えるロウ材を使用し、かつ、このロウ材を、大気雰囲気においてハロゲンランプによる光ビームを照射して溶融する。このため、ハロゲンランプによる光ビームを照射してロウ材を溶融する際、ロウ材の濡れ性を悪化させる原因である酸素の欠落があったとしても、その欠落を、大気雰囲気中の酸素が補う。これにより、ロウ材は、窒素雰囲気中で溶融するのに比べて流動性が良くなるため、濡れ性を向上させ、また、溶融温度を低くできる。
また、大気雰囲気においてハロゲンランプの光ビームを照射しても、ハロゲンランプは、フィラメントがバルブ内に収容されているため、フィラメントが酸化することを防止できる。また、ハロゲンランプの光ビームは、照射対象物を直接加熱するため、照射対象物以外の温度を従来に比べて低く抑えることができ、例えばチャンバーの酸化も有効に防止できる。
【0023】
また、上記目的は、第8の発明にあっては、圧電振動片を収容した内部空間と外部とを連通する貫通孔を有するパッケージに、蓋体を固定した圧電デバイスの製造方法であって、前記パッケージを、その底部側がハロゲンランプに向くようにして複数個並べ、前記複数個のパッケージの底部に対して、大気雰囲気においてハロゲンランプによる光ビームを照射して、その熱により前記パッケージと前記蓋体との間に配置した酸素原子と金属原子との化合物を備えるロウ材を溶融するようにして、前記パッケージに前記蓋体を封止し、その後、前記パッケージの前記貫通孔を利用して、前記内部空間内を真空排気した後、真空雰囲気において前記貫通孔に封止材を充填することにより孔封止する、圧電デバイスの製造方法により達成される。
【0024】
第8の発明の構成によれば、圧電振動片を収容したパッケージに、蓋体を固定した圧電デバイスの製造方法であって、パッケージを、その底部側がハロゲンランプに向くようにして複数個並べ、複数個のパッケージの底部に対して、ハロゲンランプによる光ビームを照射して、その熱によりパッケージと蓋体との間に配置したロウ材を溶融するようにして、パッケージに蓋体を封止する。このため、第1の発明と同じ原理により、複数のパッケージを底部側から同時に加熱して、蓋封止することができる。
また、大気雰囲気においてハロゲンランプによる光ビームを照射して、酸素原子と金属原子との化合物を備えるロウ材を溶融する。このため、第7の発明と同じ原理により、ロウ材の濡れ性を向上させ、溶融温度も低くでき、しかも、ハロゲンランプのフィラメントやチャンバー等の酸化も有効に防止できる。
また、蓋封止の後、パッケージの貫通孔を利用して、内部空間内を真空排気した後、真空雰囲気において貫通孔に封止材を充填することにより孔封止する。このため、上述のように、大気雰囲気においてロウ材を溶融したとしても、ロウ材を溶融する際に発生した有害なガス等を、貫通孔を利用して内部空間から排気した後、この貫通孔を気密に封止できるため、高性能な圧電デバイスを得ることができる。
【0025】
第9の発明は、第8の発明の構成において、前記貫通孔の孔封止をする工程において、前記貫通孔に溶融前の前記封止材を配置し、この溶融前の前記封止材を、ハロゲンランプによる光ビームを照射した熱で溶融するようにして孔封止することを特徴とする。
第9の発明の構成によれば、貫通孔の孔封止をする工程において、溶融前の封止材を、ハロゲンランプによる光ビームを照射した熱で溶融するようにしている。このため、溶融前の封止材を溶融する例えばレーザ発生装置のような特別な電源その他の設備が不要となるため、省エネかつ安価な孔封止が可能となる。
【0026】
また、上記目的は、第10の発明にあっては、圧電振動片の一部を支持固定したパッケージに、蓋体を固定した圧電デバイスに関して、前記パッケージに前記蓋体を封止する蓋封止方法であって、前記パッケージに蓋体を配置した状態で、パッケージと蓋体との間にロウ材を介在させて、蓋体側がハロゲンランプに向くようにして複数個並べ、前記パッケージを保持手段の上に、前記パッケージの蓋体側が外部に向くように配置し、前記複数の各パッケージの少なくとも前記蓋体の封止領域より内側を覆い、前記保持手段の一部を露出するようにしたマスクを配置した後で、前記複数個のパッケージの蓋体側に対して、前記ハロゲンランプによる光ビームを照射して前記蓋体を加熱し、その熱により前記ロウ材を溶融するようにした圧電デバイスの蓋封止方法により、達成される。
第10の発明の構成によれば、第1の発明と同じ原理により、複数のパッケージを蓋体側から同時に加熱して、蓋封止することができる。とともに、複数のパッケージについて、ハロゲンランプによる光ビームが照射されるべき箇所を外部に向けて、適切に位置決めして保持することができ、さらに、各パッケージの少なくとも蓋体の封止領域より内側をマスクで覆うことで、ハロゲンランプの光ビームが蓋体の中心付近に照射されることを有効に防止し、マスクで遮蔽されていない保持手段を加熱して、保持手段の熱を蓋体及びそのロウ材に伝えることで、パッケージに対する熱による損傷をできるだけ避けて、ロウ材を有効に溶融させることができる。
【0031】
第11の発明は、第10の発明の構成において、前記複数のパッケージが気密構造のチャンバー内に収容され、チャンバー内を真空排気した後で、不活性ガスを導入した後で、前記ハロゲンランプにより光ビームを照射することを特徴とする。
【0033】
また、上記目的は、第12の発明によれば、圧電振動片を収容した内部空間と外部とを連通する貫通孔を有するパッケージに、蓋体を固定した圧電デバイスの製造方法であって、前記パッケージに蓋体を配置した状態で、パッケージと蓋体との間に酸素原子と金属原子との化合物を備えるロウ材を介在させて、蓋体側がハロゲンランプに向くようにして複数個並べ、前記複数個のパッケージの蓋体側に対して、大気雰囲気においてハロゲンランプによる光ビームを照射して前記蓋体を加熱し、その熱により前記ロウ材を溶融することにより前記パッケージに前記蓋体を封止し、その後、前記パッケージの前記貫通孔を利用して、前記内部空間内を真空排気した後、真空雰囲気において前記貫通孔に封止材を充填することにより孔封止する、圧電デバイスの製造方法により達成される。
第12の発明の構成によれば、第10の発明と同じ原理により、複数のパッケージを蓋体側から同時に加熱して、蓋封止することができる。また、第7の発明と同じ原理により、ロウ材の濡れ性を向上させ、溶融温度も低くでき、しかも、ハロゲンランプのフィラメントやチャンバー等の酸化も有効に防止できる。さらに、第8の発明と同じ原理により、ロウ材を溶融する際に発生した有害なガス等を、貫通孔を利用して内部空間から排気して、高性能な圧電デバイスを得ることができる。
【0034】
第13の発明によれば、第12の発明の構成において、前記貫通孔の孔封止をする工程において、前記貫通孔に溶融前の前記封止材を配置し、この溶融前の前記封止材を、ハロゲンランプによる光ビームを照射した熱で溶融するようにして孔封止することを特徴とする。
第13の発明の構成によれば、第9の発明と同じ原理により、省エネかつ安価な孔封止が可能となる。
【0035】
また、上記目的は、第14の発明にあっては、圧電振動片の一部を支持固定したパッケージに、蓋体を固定した圧電デバイスに関して、前記パッケージに前記蓋体を封止する蓋封止装置であって、前記複数のパッケージを、その底部側もしくは蓋体側がランプ側に向くようにして、並べて保持する手段と、前記複数のパッケージの外側に配置され、少なくとも前記複数のパッケージを保持した保持手段が露出するようにしたマスクと、前記マスクの上から、ハロゲンランプによる光ビームを照射するランプユニットとを備える、圧電デバイスの蓋封止装置により、達成される。
第14の発明の構成によれば、ハロゲンランプによる光ビームを照射するランプユニットは、光源としてハロゲンランプを使用することで、比較的高い封止温度まで短時間で昇温させることができる。また、レーザ等と異なり加熱用の光ビームを広い範囲で照射できる。このため、複数のパッケージを保持する手段により複数または多数のパッケージを並べた場合に、これらを広い範囲で加熱することができる。しかも、前記複数のパッケージの外側に配置され、少なくとも前記複数のパッケージを保持した保持手段が露出するようにしたマスクを備えているので、ハロゲンランプによる光ビームがパッケージに直接照射されることを可能な限り回避して、パッケージに損傷を与えるおそれがない。
【0036】
第15の発明は、第14の発明の構成において、前記複数のパッケージを気密に収容するためのチャンバーを備え、このチャンバーの内側に前記ランプユニットを収容したことを特徴とする。
第15の発明の構成によれば、ランプユニットをチャンバー内に内蔵することにより、チャンバーの隔壁を全て同じ金属で形成でき、気密性能を保持しやすい。
【0037】
第16の発明は、第14の発明の構成において、前記複数のパッケージを気密に収容するためのチャンバーを備え、このチャンバーの外側に前記ランプユニットを配置して、ランプユニットからの光ビームを透過させる光透過性の隔壁が前記チャンバーに形成されていることを特徴とする。
第16の発明の構成によれば、ランプユニットをチャンバーの外側に配置しても、光透過性の隔壁を通して、内部にハロゲンランプの光ビームを照射することができる。この場合、ランプユニットをチャンバーの外部に設けているので、ランプユニットに給電する手段やランプユニットの制御手段等をチャンバーの外部に構成することができ、装置構成が容易となる。
【0038】
第17の発明は、第14ないし第16の発明のいずれかの構成において、前記ランプユニットが、前記複数のパッケージの全ての配置領域に同時に光ビームを照射する構成としたことを特徴とする。
第17の発明の構成によれば、前記保持する手段の上に配置した全てのパッケージを一度に蓋封止することができ、きわめて作業効率が高い。
【0039】
第18の発明は、第14ないし第17の発明のいずれかの構成において、前記チャンバー内に冷却手段を備えることを特徴とする。
第18の発明の構成によれば、冷却手段の機能により、ハロゲンランプによる光ビーム照射後、封止を完了したら短時間でチャンバー温度を降下させることができ、サイクルタイムを短縮することができる。
【0045】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の圧電デバイスの第1の実施の形態を示しており、図1はその概略平面図、図2は図1のA−A線概略断面図、図3は図1の底面図である。
これらの図において、圧電デバイス30は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス30は、パッケージ36内に圧電振動片32を収容している。パッケージ36は、例えば、セラミックグリーンシートを積層して焼結した酸化アルミニウム質焼結体等の基板で形成されている。複数の各基板は、その内側に所定の孔を形成することで、積層した場合に内側に所定の内部空間Sを形成するようにされている。
すなわち、図2に示すように、本実施形態のパッケージ36は、例えば、下から第1の積層基板52と、その上に重ねられる第2の積層基板53と、その上に重ねられる第3の積層基板54から形成されている。
【0046】
パッケージ36の内部空間S内の図において左端部付近において、内部空間Sに露出して内面底部を構成するベースとなる第2の積層基板53には、Au及びNiメッキが施された電極部31,31が設けられている。この電極部31,31は、外部と接続されて、駆動電圧を供給するものである。この各電極部31,31の上に導電性接着剤43,43が塗布され、この導電性接着剤43,43の上に圧電振動片32の基部51が載置されて、導電性接着剤43,43が硬化されるようになっている。
【0047】
圧電振動片32の基端部51の導電性接着剤43,43と触れる部分には、駆動電圧を伝えるための引出電極(図示せず)が形成されており、これにより、圧電振動片32は、駆動用電極がパッケージ36側の電極部31,31と導電性接着剤43,43を介して、電気的に接続されている。
【0048】
圧電振動片32は、例えば水晶で形成されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム,ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。本実施形態の場合、圧電振動片32は、パッケージ36側と固定される基部51と、この基部51から、図において右方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕34,35を備えており、全体が音叉のような形状とされた、所謂、音叉型圧電振動片が利用されている。
【0049】
パッケージ36の開放された上端には、好ましくは、鉛を含まないロウ材、例えば、蓋体39がガラス材料で形成されている場合に、これと接合性に優れる鉛を含まない低融点ガラスによるロウ材33を介して、この蓋体39が接合されることにより、封止されている。ここで、ロウ材33は、蓋封止に先立って、パッケージ36の接合端面に配置されていても、蓋体39の接合面に予め配置されていてもよい。この蓋封止工程については、後で詳しく説明する。蓋体39は、パッケージ36と、熱による線膨張係数が近いもので形成するのが好ましく、このような条件に合った圧電材料や、金属材料を使用することができる。あるいは、蓋体39は、後述する周波数調整を行うために、光を透過する材料,例えば、ガラスで形成されていてもよい。
【0050】
また、好ましくは、パッケージ36の底面のほぼ中央付近には、パッケージ36を構成する2枚の積層基板52,53に連続する貫通孔37a,37bを形成することにより、貫通孔37が設けられている。貫通孔37はひとつのものであってもよいが、この貫通孔37を構成する2つの貫通孔のうち、好ましくは、パッケージ内部に開口する第1の孔37aに対して、第2の孔である外側の貫通孔37bは、より大きな内径を備えるようにされている。これにより、貫通孔37は段部55を有する開口とされており、好ましくは、第2の孔である貫通孔37bの段部と、貫通孔37aの孔内周面には後述する封止材として選択された金属に対して、濡れ性のよい金属、例えば、封止材として、鉛を含有した封止材よりも高融点を備える金属としての高融点金属が使用されている。この高融点金属としては、例えば、銀ロウ、Au/Sn、Au/Ge等が使用できる。そして、これらのいずれかひとつを選択した場合には、金メッキ等が、所定の下地層の上に形成されてることにより、被覆されている。
【0051】
すなわち、パッケージ36内に圧電振動片32を固定した後で、後述する工程により、蓋体39をパッケージ36に対して固定した後で、貫通孔37には、好ましくは真空中で、金属製封止材38が充填されることにより、パッケージ36内を気密状態に封止する(図25参照)。これにより、蓋封止の際、あるいは圧電振動片32のアニール処理の際に、パッケージ36内の導電性接着剤43等から、熱により有害なガスが発生しても、貫通孔37から、この有害なガスを追い出すことができる。
その後、透明な蓋体39を介して、外部からレーザ光L2を圧電振動片32の図示しない金属被膜に照射し、その一部を蒸散させることにより、質量削減方式による周波数調整を行うことができるようにされている。
尚、貫通孔37を形成する第1の孔37aと第2の孔37bは、パッケージ内部に開口する第1の孔37aに対して、第2の孔である外側の貫通孔37bが、より小さな内径となるように構成されていてもよい。
【0052】
さらに、この実施形態では、パッケージ36を構成する第2の積層基板53には、図において右端部付近に孔を形成することにより、この積層基板53の厚みに対応した凹部42が形成されている。この凹部42は、圧電振動片32の自由端32bの下方に位置している。これにより、本実施形態では、パッケージ36に外部から衝撃が加わった場合に、圧電振動片32の自由端32bが、矢印D方向に変位して振れた場合においても、パッケージ36の内側底面と当接されることを有効に防止されるようになっている。
【0053】
図4は、圧電デバイス30の孔封止に使用される蓋封止装置の第1の実施形態を示す全体構成図である。
図において、蓋封止装置10は、扉12a,12bを閉めることで、内部を気密に保持できるようにしたチャンバー12を備えている。このチャンバー12内には、図1ないし図3で説明したように、圧電振動片32を内部空間S内に支持固定したパッケージ36の上端にロウ材33を適用して、ガラス等の光透過性の材料で形成された蓋体39を配置した圧電デバイス30を、複数個もしくは多数個並べて保持する手段60を備えている。
【0054】
この圧電デバイス30のパッケージ36の保持手段60は、封止工程上では、チャンバー12内に、搬入扉12aから導入され、蓋封止後に、搬出扉12bから出されるようになっている。
そして、保持手段60は、チャンバー12内では、図4に示されているように、冷却手段18の上に配置されたテーブル17により、所定の高さに保持されている。この保持手段60には、保持手段60に置かれた複数のパッケージ36の周囲の温度を検出するための熱電対等で構成した温度センサでなる検出手段16を有している。
上記冷却手段18は、例えば、外部から冷却水等の冷媒を引き込んで、チャンバー12内部の必要冷却箇所を循環させることで、チャンバー12内の冷却を行うものである。このため、冷却手段18に接続された管路22が外部に引き出されており、外部の冷却水供給手段22aから、冷却水の供給を受けるようになっている。この冷却水供給手段22aは、好ましくは、後述する制御手段29に接続されている。
【0055】
チャンバー12内には、圧力センサや酸素センサ等のチャンバー12内の気体圧力もしくは気体濃度を検出する気体センサ19が設けられている。また、チャンバー12には、管路21が外部に引き出されており、真空ポンプ等の真空排気手段21a及び不活性ガスとしての、例えば、窒素の供給手段21bと接続されている。そして、この真空排気手段21aと窒素供給手段21bは、好ましくは、後述する制御手段29に接続されていて、しかも、この制御手段29には、好ましくは、上記気体センサ19が接続されている。これにより、チャンバー12内の気体圧力もしくは気体濃度をモニタしながら、チャンバー12内を真空排気できるようになっている。
【0056】
また、チャンバー12内には、保持手段60上に載置される複数のパッケージ36の全体を覆うように、後述する形態のマスク15が設けられている。後述するように、マスク15は蓋封止工程の相違により、使用する場合と使用しない場合がある。また、マスク15は、後述するように、複数の種類のものが使用できる。
このマスク15の各パッケージ36とは反対の対向面、例えば、図示の場合マスク15の上方には、チャンバー12の上面を覆う蓋体13が配置されており、蓋体13は、ガラス等の光透過材料により形成されている。
さらに、蓋体13を挟んで、チャンバー12外部のマスク15と対向する位置には、ランプユニット11が配置されている。
【0057】
ランプユニット11は、筐体24a内に、熱源として機能する光源としての複数のハロゲンランプ23,23,23と、各ハロゲンランプ23,23,23が光ビームを照射する対象であるチャンバー12内の各パッケージ36側と反対側に、各ハロゲンランプ23,23,23ごとに配置された反射面としてのリフレクタ24と、各ハロゲンランプ23,23,23の駆動ユニット(図示せず)を備えている。
【0058】
このランプユニット11は、十分な熱量を得るために必要な数のハロゲンランプを内蔵している。ランプユニット11が光ビームを照射するための開口11aは、好ましくは、図示されているように、チャンバー12内の保持手段60に載置された全ての複数のパッケージ36の全体を覆う領域よりも大きく形成されている。
ランプユニット11の各リフレクタ24は、凹状の鏡面を備えた反射手段であり、各ハロゲンランプ23から出射された光ビームのうち、上記各パッケージ36と反対側に出射された光ビームを反射して、開口11aからほぼ平行に照射されるように設定されている。
そして、本実施形態では、ランプユニット11の開口11aの面積は、好ましくは、後述する保持手段60に後述するように配置される全てのパッケージ36を含む領域と実質的に同じか、これよりも大きく形成されている。これにより、開口11aからほぼ平行に照射されるハロゲンランプの光ビームが、保持手段60にセットされたワークである全てのパッケージ36に一度に照射できるようにされている。
【0059】
さらに、図5に示されているように、ランプユニット11には、例えば、一方向に長い形状のリフレクタ24が、その長手方向を揃えて隣接するように、複数、例えば、3つ備えられており、各リフレクタ24の中心に沿う長手方向に並んで、複数のハロゲンランプ23が配置されている。
尚、リフレクタ24は、3つのリフレクタを一緒にして用いてもよいし、3つのリフレクタが結合されて一体となったものを用いてもよい。
ここで、各ハロゲンランプ23は、例えば、バルブ内にタングステンフィラメントを備え、ハロゲンガスを封入したものである。このタングステンフィラメントが通電加熱されると、ハロゲンガスと反応し、タングステン−ハロゲン化合物が生成される。タングステン−ハロゲン化合物は、バルブ内の対流により、タングステン−ハロゲン化合物がフィラメント付近に運ばれ、高温によりタングステンとハロゲンガスに分解されて、タングステンは、フィラメントに沈殿するというハロゲンサイクルを繰り返し、光ビームを発生するものである。
【0060】
この場合、各ハロゲンランプ23のフィラメントの太さと、バルブ内のハロゲンガスの量を調整することにより、長時間の使用に耐え、必要な熱量を得ることができるようにされている。
図7は、本実施形態の各ハロゲンランプ23による発熱温度及び光ビームの波長域を示している。本実施形態の各ハロゲンランプ23は、図示の斜線で示した発熱温度及び波長域に属する近赤外線領域の光ビームを使用するようにされている。
【0061】
さらに、図4において、蓋封止装置10のランプユニット11には、定電流制御装置28が接続されている。この定電流制御装置28には、交流電源が接続されている。この交流電源は、家庭用の交流電源で、100V(ボルト)のものが使用される。定電流制御装置28は、主として、交流電源から供給される駆動電流の電圧を交直変換して、一定電圧により安定して駆動電流をランプユニット11に印加することにより、熱量の変動を生じることがないように制御すると共に、好ましくは、ランプユニット11の起動に必要な制御及び断線の検出機能等を備えている。
【0062】
ランプユニット11には、途中にポンプ25と流量センサ27が接続され、タンク26を通る循環管路が接続されている。具体的には、冷却水のタンクから延びる往き管26aが、ランプユニット11に接続されており、リフレクター背面に引き回した管路を通って、戻り管26bとなり、流量センサ27とポンプ25を通って、タンク26に戻るような循環管路が形成されている。
【0063】
循環管路に設定した流量センサ27は、制御手段29に接続されている。制御手段29は、定電流制御装置28に接続されている。制御手段29は、定電流制御装置28に指示を与えて、ランプユニット11の熱量を段階的に切り換えたり、熱量に応じて作動時間を設定する指示を与える。
また、制御手段29には、ポンプ25及び流量センサ27が接続され、制御手段29は、定電流制御装置28を介して、ランプユニット11を駆動制御すると共に、ポンプ25を駆動して、流量センサ27の出力信号をモニタしながら、ランプユニット11に必要な冷却水を循環させて、ランプユニット11が加熱しないように制御する機能を有する。
【0064】
尚、必要に応じて、制御手段29を、図4で説明した検出手段16及び気体センサ19と、管路21に接続した真空排気手段21a、及び管路22に接続した外部の冷却水供給手段22aと接続することで、制御手段29がシステム全体を制御するようにしてもよい。
このように、制御手段29は、蓋封止装置10の全体もしくはその一部である光源もしくは熱源側としてのランプユニット11及びその駆動手段を制御するものであり、このため、特に用意されたシーケンスまたはソフトウエアを実行する専用の回路またはコンピュータを内蔵したコントローラが使用されることができるし、あるいは、パソコン等の小型の汎用コンピュータに蓋封止装置10の動作用ソフトウエアを内蔵させたものを使用してもよい。
図8は、上述のランプユニット11の起動の一例を示している。図8には、制御手段29の指示により、電源投入から、60パーセント、80パーセント、100パーセントの各出力設定に基づいて、到達温度と必要時間が示されている。
【0065】
図6は、蓋封止装置10の変形例を示しており、そのチャンバー12の部分を示す図である。この変形例において、図4と同一の符号を付した箇所は、共通する構成であるから、重複する説明は省略し、相違点だけを説明する。
この変形例において、図1の構成と異なるのは、チャンバー20内に、ハロゲンランプのランプユニット11を収容した点であり、ランプユニット11と定電流制御装置28との接続は、図示を省略している。このように構成することにより、チャンバー20内のランプユニット11を外部と接続する構成とした点では、やや複雑となるが、ランプユニット11をチャンバー20内に内蔵することにより、チャンバー20の隔壁を全て同じ金属で形成でき、気密性能を保持しやすい。
これに対して、図4のように、ランプユニット11をチャンバー12の外側に配置すると、光透過性の隔壁である蓋体13を必要とするが、ランプユニット11に給電する手段やランプユニット11の制御手段等をチャンバーの外部に構成することができ、装置構成が容易となる。
本発明では、蓋封止装置において、ランプユニット11をチャンバーの外側に配置しても内側に配置しても、後述する蓋封止工程をいずれも支障なく実施することができる。
【0066】
次に、図4の蓋封止装置10のチャンバー12内に配置された保持手段60の構成について詳しく説明する。
図9は、保持手段60に複数もしくは多数のパッケージ36を配置した状態の概略平面図であり、その下部に、ひとつのパッケージ36に対応した領域A2を拡大して示している。
また、図10は、領域A2の底面から見た図、図11は、図9の領域A2に関するB−B線切断端面図、図12は、図9の領域A2に関するC−C線切断端面図である。
尚、図9の領域A1は、後述する蓋封止工程で、ランプユニット11から照射される光ビームL3が照射される範囲を示している。
【0067】
図9において、保持手段60は、好ましくは、全体が熱伝導性のよい金属により形成されている。この保持手段60は、例えば、プレート状もしくはテーブル状の形態でなっており、その上面には、ひとつずつのパッケージ36を収容できる大きさの収容凹部67を有している。各収容凹部67は、パッケージ36の各短辺にそれぞれ当接する第1の位置決め部61,61と、パッケージ36の各長辺にそれぞれ2箇所で当接する第2の位置決め部62,62,62,62を備えている。
【0068】
また、これらの各位置決め部が隣り合う箇所の少なくとも一部には、例えば、作業者がピンセット等の治具を挿入できるような空間を形成した案内空間65,65が形成されている。これら案内空間65,65は、図11及び図12に示すように、蓋体39を下にして底部36aを上に向けたパッケージ36を挟んだ対向位置にそれぞれ形成されている。この案内空間65,65は、好ましくは、図12に示すように、下方に向かってパッケージ36に次第に接近する案内テーパ65a,65aを備えている。これにより、保持手段60の上部では、ピンセット等の挿入を可能とすると共に、下部では、パッケージ36の保持をより確実なものとしている。
さらに、図10に示すように、各パッケージ36の蓋体39の中心付近に位置する貫通孔66を備えており、保持手段60からパッケージ36を取り出す場合に棒状の治具等を、この貫通孔66に挿入すること等により、パッケージ36を取り出しやすくされている。
【0069】
次に、以上の構成でなる蓋封止装置10を用いて行う蓋封止方法の第1の実施形態について説明する。尚、以下で説明する蓋封止方法は、図25で説明した圧電デバイスの製造方法のST2の改良に相当する。
図13は、蓋封止方法の第1の実施形態に係るフローチャートである。
図において、先ず、トレイ状の保持手段60に図9ないし図12で説明したように、複数のパッケージ36をセットする。この場合、図11及び図12で説明したように、保持手段60は、個々のパッケージ36を、その底部が外部を向くように、すなわち、図示の場合、上方を向くようにセットする(ST21)。
【0070】
次いで、図4の蓋封止装置10のチャンバー12の扉12aを開いて、複数のパッケージ36がX及びYの方向に等間隔に並ぶようにセットされた保持手段60をテーブル17上に配置して、扉12aを閉める(ST22)。続いて、図4の制御手段29は、真空排気手段21aに指示を出して、管路21を介してチャンバー12内の空気を排気し、気体センサ19の出力信号をモニタしながら、チャンバー12内を所定の真空度とする(ST23)。続いて、制御手段29の指示により、窒素供給手段21bから管路21を介して、チャンバー12内に窒素が導入される(ST24)。
【0071】
次に、ランプユニット11を、図示しない移動手段により作業初期位置に移動させる。この状態においては、保持手段60にセットされた全てのパッケージ36が、ランプユニット11からほぼ等距離の位置に配列されており、この状態から、蓋封止を開始し、好ましくは、制御手段29により、チャンバー12内の保持手段60に近接して、あるいはその裏面近傍に設置された検出手段16により、温度モニタを行う。例えば、制御手段29は、以降の工程で、検出手段16により検出される温度が、予め設定した値を超えたら、冷水の供給手段22aから、チャンバー12内に冷水を供給循環させる。
蓋封止工程は、具体的には、制御手段29により、交流電源からの駆動電流を定電流制御装置28により一定の電圧の駆動電流にして、ランプユニット11の各ランプ23の駆動回路(図示せず)に印加することで行う。これにより、ランプユニット11は、図9のA1の領域全体にハロゲンランプによる光ビームL3を照射する(ST25)。
【0072】
図14は、ST25において行う加熱の温度プロファイルの一例を示すグラフであり、図中、FSは、加熱されるパッケージ36に固定すべき蓋体39の表面温度、FNは、蓋体39の表側の隣接位置の温度、FBは、蓋体39の裏側の温度をモニタしたものである。
そして、図15は、図4の蓋封止装置10により、ランプユニット11から照射された光ビームL3がパッケージ36の蓋体39の封止を行う様子を示す部分拡大断面図である。
【0073】
図14において、ハロゲンランプによる光ビームL3の照射開始から、HT1で示す第1加熱時間は、開始数十秒であるが、図15の蓋体39の裏面FB(図において、蓋体39の上側)の温度は、既に摂氏400度を超えている。これにより、ロウ材33が、鉛を含むロウ材よりも高融点のロウ材が使用されている場合にも十分に溶融させることができる。例えば、ロウ材33として、鉛を含まない低融点ガラス(融点摂氏430度)が使用されている場合にも、十分に溶融させる温度に迅速に到達する。次いで第2加熱時間HT2として、10秒程度加熱を続けることで、ロウ材33によって、蓋体39とパッケージ36を確実に接合させることができる。
【0074】
すなわち、図15の場合には、ハロゲンランプによる光ビームL3は、パッケージ36の上を向いた底部36aと、保持手段60を加熱し、その熱は蓋体39を介して、ロウ材33に伝えられる。これにより、ロウ材33が溶融されることで、蓋体39と、パッケージ36とが接合される。
次いで、制御手段29は検出手段16により、温度モニタを行いながら、冷水の供給手段22aから、チャンバー12内に冷水を供給循環させて、チャンバー12内の温度を予め決めた温度まで降下させる(ST26)。
続いて、図4の扉12bを開いて(ST27)、保持手段60をチャンバー12から外に取り出す(ST28)。これにより、蓋封止工程を終了する。
【0075】
このように、蓋封止装置10を用いて、上述の蓋封止を行うことにより、この実施形態では、ハロゲンランプの光ビームを使用することから、レーザ光を用いる場合と比較すると、所定の広い範囲で、光ビームを照射することができる。このため、レーザ光のように細い集束された光ビームと比較すると、有効加熱範囲を広げることができ、複数のパッケージ36をパッケージの底部側から同時に加熱して、バッジ処理により、蓋封止することができる。しかも、電熱線を利用した加熱手段を有するベルト炉を用いる場合等と比較すると、封止に要する温度に上昇する時間が早く、全体の加熱時間を短縮して、パッケージ内の構造に対して、熱による悪影響を与えにくい。
また、蓋体39を固定するロウ材に、鉛を含まない高い融点のロウ材を用いても、短時間で溶融温度まで昇温させることができる。
【0076】
また、加熱の際に、チャンバー12内に不活性ガス,例えば、窒素を導入しているので、ハロゲンランプの光ビームの熱を窒素を介して伝達させて、ロウ材を溶融させることができると共に、チャンバー12内の保持手段60等の治具が酸化して劣化することを有効に防止することができる。
さらに、レーザ光を利用した蓋封止装置と比較すると、蓋封止装置10では、光源となるランプユニット11にハロゲンランプ23を利用しており、このため、レーザ発生装置のような特別な電源その他の設備を必要としないで、家庭用の交流電源を利用して駆動することができる。このため、蓋封止装置10を安価に構成できるとともに、蓋封止装置10を使用する環境に制約がなく、設備を簡略できるので、場所を選ばずに蓋封止工程を行うことができる。
【0077】
図16は、蓋封止方法の第2の実施形態に係るフローチャートである。
そして、図17は、図4の蓋封止装置10により、ランプユニット11から照射された光ビームL3がパッケージ36の蓋体39の封止を行う様子を示す部分拡大断面図である。
図16において、先ず、トレイ状の保持手段60に図9ないし図12で説明したように、複数のパッケージ36をセットする。この工程は第1の実施形態のST21と同じである(ST31)。
【0078】
次に、図17に示すように、保持手段60上に配置された全てのパッケージ36の上を完全に覆うように、マスク15を配置する(ST32)。この場合のマスク15−1は、マスクの第1の形態であり、各パッケージ36の底部もしくは底面36aを覆う形状とされている。つまり、マスク15−1は、パッケージ36の配置に対応して、各パッケージ36を遮蔽し、保持手段60を露出するように形成された貫通孔15bを有している。
【0079】
続くST33は、図13のST22と、ST34は、図13のST23と、ST35は、図13のST24と同じ工程であるから、重複する記載は省略する。次いで、ST36の工程は、図13のST25とほぼ同じであるが、相違する点は、図17で説明したように、マスク15−1を使用している点である。
これにより、各パッケージ36をマスク15−1で覆うことで、ハロゲンランプの光ビームL3がパッケージ36自体に照射されることを有効に防止し、マスク15−1で遮蔽されていない保持手段60を加熱して、保持手段60の熱を蓋体39及びそのロウ材33に伝えることで、パッケージ36に対する熱による損傷をできるだけ避けて、ロウ材33を有効に溶融させることができる。
続くST37は、図13のST26と、ST38は、図13のST27と同じ工程であり、この実施形態では、マスク15−1を保持手段60の上から除去して(ST39)から、保持手段60をチャンバー12から外に取り出す(ST40)。これにより、蓋封止工程を終了する。
以上により、第2の実施形態の場合も第1の実施形態に係る蓋封止方法と同様の作用効果を発揮する。
【0080】
図18及び図19は、図9の保持手段60に対して、この第3及び第4の実施形態に係る蓋封止方法により、パッケージ36をセットした状態を示す図であり、それぞれ、図11と図12の部分に対応して示した図である。
また、図20は、蓋封止方法の第3の実施形態に係るフローチャートであり、図21は、図4の蓋封止装置10により、ランプユニット11から照射された光ビームL3がパッケージ36の蓋体39の封止を行う様子を示す部分拡大断面図である。
【0081】
図18及び図19において、保持手段60には、各パッケージ36が、蓋体39側を上に向けて保持されている。つまり、この実施形態の蓋封止方法では、上述の第1及び第2の実施形態と異なり、保持手段60にパッケージ36をセットする向きが上下で反対の態様となる。
図20において、先ず、トレイ状の保持手段60に図18及び図19で示すように、複数のパッケージ36をセットする(ST51)。
次いで、図21に示す保持手段60の貫通孔66を利用して、真空吸着手段(図示せず)により、真空引きすることで、パッケージ36と、パッケージ36の貫通孔37を介して蓋体39を吸着することで保持手段60に保持させる(ST52)。
【0082】
続く、ST53は、図13のST22と、ST54は、図13のST23と、ST55は、図13のST24と同じ工程であるから、重複する記載は省略する。次いで、ST56の工程は、図13のST25とほぼ同じであるが、相違する点は、図21に示されているように、ハロゲンランプの光ビームL3が、パッケージ36の蓋体39側に照射される点である。
この場合には、ハロゲンランプの光ビームL3の熱は、主として、蓋体39からロウ材33に伝達される。これにより、ロウ材33は溶融されて、他の実施形態の場合と同様に、パッケージ36と蓋体39が接合される。
続くST57は、図13のST26と、ST58は、図13のST27と同じ工程であり、この実施形態では、ST52で行ったパッケージ36の真空吸着を解除してから(ST59)、保持手段60をチャンバー12から外に取り出す(ST60)。これにより、蓋封止工程を終了する。
以上により、第3の実施形態の場合も第1の実施形態に係る蓋封止方法と同様の作用効果を発揮する。
【0083】
図22は、蓋封止方法の第4の実施形態に係るフローチャートであり、図23は、図4の蓋封止装置10により、ランプユニット11から照射された光ビームL3がパッケージ36の蓋体39の封止を行う様子を示す部分拡大断面図である。
この実施形態では、図23に示されているように、マスク15−2を使用する点だけが、第3の実施形態と異なっている。
すなわち、図22において、先ず、トレイ状の保持手段60に図18及び図19で示すように、複数のパッケージ36をセットする(ST71)。
次いで、図23に示す保持手段60の貫通孔66を利用して、真空吸着手段(図示せず)により、真空引きすることで、パッケージ36と、パッケージ36の貫通孔37を介して蓋体39を吸着することで保持手段60に保持させる(ST72)。
【0084】
次に、図23に示すように、保持手段60上に配置された全てのパッケージ36の蓋体39を完全に覆うように、マスク15を配置する(ST73)。この場合のマスク15−2は、マスクの第2の形態であり、各パッケージ36の蓋体39の少なくとも封止しろの領域以外の部分を覆う形状である。この実施形態では、蓋体39のほぼ全体を覆う形態とされている。つまり、マスク15−2は、パッケージ36の配置に対応して、各パッケージ36の蓋体39を遮蔽し、保持手段60を露出するように形成された貫通孔15cを有している。
【0085】
続くST74、ST75、ST76は、図13で説明したST22、ST23、ST24と同じである。そして、ST77及びST76は、図13で説明したST25、ST26と同じであるが、特に、ST77におけるハロゲンランプの光ビームL3が図23に示すように照射された際には、マスク15−2によって、各パッケージ36の蓋体39をマスクで覆うことで、ハロゲンランプの光ビームL3が蓋体39に照射されることを有効に防止し、マスク15−2で遮蔽されていない保持手段60を加熱して、保持手段60の熱をロウ材33に伝えることで、パッケージ36に対する熱による損傷をできるだけ避けて、ロウ材33を有効に溶融させることができる。
続くST78は、図13のST26と、ST79は、図13のST27と同じ工程であり、この実施形態では、マスク15−2を保持手段60の上から除去して(ST80)から、ST72で行ったパッケージ36の真空吸着を解除し(ST81)、最後に保持手段60をチャンバー12から外に取り出す(ST82)。これにより、蓋封止工程を終了する。
以上により、第4の実施形態の場合も第1の実施形態に係る蓋封止方法と同様の作用効果を発揮する。
【0086】
図24は、第5の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法について、特徴的な工程を説明するためのフローチャートである。
この図において、第1の実施形態と同一の構成には、共通する符号を付して重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【0087】
第5の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法は、先ず、従来の圧電デバイスの製造方法と同様に、パッケージの内部に予め形成した電極部に、圧電振動片を導電性接着剤を用いて固定する(図28のST1参照)。
次いで、図24に示されているように、パッケージにロウ材を用いて蓋体を封止する(蓋封止)。すなわち、第1の実施形態の図13において説明したように、蓋封止装置10のチャンバー12の扉12aを開いて、パッケージ36がセットされた保持手段60をテーブル17上に配置し(ST21)、扉12aを閉める(ST22)。ここで、既に説明したように、保持手段60にセットされたパッケージ36の開放された上端には、ロウ材33が配置されているが(図11等を参照)、このロウ材33には、酸素原子と金属原子との化合物を備えるロウ材を用いる。本第5の実施形態において、ロウ材33は、マザーガラスとフィラーとからなり、マザーガラスは、図25に示されるように、P5+網目形成イオンを有するP(燐)とO(酸素原子)とからガラス網目構造を形成する燐酸系ガラスである。
【0088】
続いて、第1の実施形態において説明した蓋封止装置10のチャンバー12内を真空排気する工程(図13のST23)、及び窒素を導入する工程(図13のST24)を行わずに、ハロゲンランプによる光ビームL3を照射する(ST25)。このため、ハロゲンランプによる光ビームL3は、大気雰囲気において照射されることになる。
続くST26、ST27、及びST28は、図13と同じ工程であるから、重複する記載は省略する。
【0089】
次いで、図24に示されているように、孔封止の工程を行う。すなわち、孔封止を行なう際の説明図である図26に示されているように、蓋封止の工程を終え、保持手段60にセットされたパッケージ36の貫通孔37に、例えば銀ロウ、Au/Sn、Au/Ge等の溶融前の封止材38aを配置する(ST90)。そして、パッケージ36の上から、溶融前の封止材38aにのみ後述するハロゲンランプの光ビームが照射されるようにマスク90を配置し、孔封止の工程を行うためのチャンバーの蓋(図示せず)を開けて(ST91)、保持手段60をチャンバー内に配置し(ST92)、チャンバーの蓋を閉める(ST93)。続いて、チャンバー内(図示せず)を、例えば第1の実施形態において説明した真空ポンプ等と同様の手段を用いて真空排気することにより、パッケージ36の内部空間S内も、貫通孔37を利用して真空排気する(ST94)。続いて、図26に示されるように、真空雰囲気のチャンバー内(図示せず)において、パッケージ36の貫通孔37に配置した溶融前の封止材38aにのみ、ハロゲンランプによる光ビームL5を照射して溶融する(ST95)。なお、封止材38aを溶融する方法として、レーザ光を照射して、封止材38aを溶融するようにしてもよい。続いて、封止材38aを溶融した際の熱を冷却し(ST96)、チャンバーの蓋(図示せず)を開けて(ST97)、保持手段60を取り出して(ST98)、孔封止の工程を完了する。
【0090】
次いで、従来の圧電デバイスの製造方法と同様に、外部からレーザ光を蓋体を透過させて、パッケージ内の圧電振動片の電極に照射し、電極の一部を蒸散させることにより、質量削減方式による周波数調整をして、振動周波数の合わせ込みを行い(図28のST5参照)、必要な検査をして圧電デバイスを完成させる。
【0091】
本第5の実施形態は以上のように構成され、このため、蓋封止工程において、ハロゲンランプによる光ビームL3を照射してロウ材33を溶融する際、ロウ材33の濡れ性を悪化させる原因である酸素の欠落があったとしても、その欠落を、大気雰囲気中の酸素が補う。これにより、ロウ材33は、窒素雰囲気中で溶融するのに比べて流動性が良くなり、ロウ材33の濡れ性が向上してパッケージ36と蓋体39との接合強度が向上し、また、ロウ材33の溶融温度も低く抑えることができる。本第5の実施形態の場合、ロウ材33の溶融温度は、第1の実施形態より摂氏20度程度低く抑えることができた。
さらに、大気雰囲気においてロウ材33を溶融したとしても、ロウ材33を溶融する際に発生した有害なガス等を、孔封止工程において、貫通孔37を利用して内部空間Sから排気できるため、高性能な圧電デバイスを得ることができる。
しかも、大気雰囲気においてハロゲンランプの光ビームL3を照射しても、ハロゲンランプは、フィラメント等がバルブ内に収容されているため、フィラメントが酸化することを防止できる。また、ハロゲンランプの光ビームL3は、パッケージ36等を直接加熱するため、パッケージ36等以外の温度を従来に比べて低くでき、チャンバー12内の酸化も有効に防止できる。
【0092】
また、貫通孔37に封止材38を充填する孔封止の際、溶融前の封止材38aに、ハロゲンランプによる光ビームL5を照射する手法を用いた場合には、レーザ発生装置のような特別な電源その他の設備が不要となるため、省エネかつ安価な孔封止が可能となる。
【0093】
なお、本第5の実施形態では、蓋封止の工程の直後に孔封止の工程を行っているが、蓋封止の工程の後であって孔封止の工程の前に、従来と同様のアニール処理(図28のST3参照)を行ってもよい。
【0094】
図27は、本発明の上述した実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図である。
図において、送信者の音声を受信するマイクロフォン308及び受信内容を音声出力とするためのスピーカ309を備えており、さらに、送受信信号の変調及び復調部に接続された制御部としての集積回路等でなるコントローラ301を備えている。
コントローラ301は、送受信信号の変調及び復調の他に画像表示部としてのLCDや情報入力のための操作キー等でなる情報の入出力部302や、RAM,ROM等でなる情報記憶手段303の制御を行うようになっている。このため、コントローラ301には、圧電デバイス30が取り付けられて、その出力周波数をコントローラ301に内蔵された所定の分周回路(図示せず)等により、制御内容に適合したクロック信号として利用するようにされている。このコントローラ301に取付けられる圧電デバイス30は、圧電デバイス30単体でなくても、圧電デバイス30と、所定の分周回路等とを組み合わせた発振器であってもよい。
【0095】
コントローラ301は、さらに、温度補償水晶発振器(TCXO)305と接続され、温度補償水晶発振器305は、送信部307と受信部306に接続されている。これにより、コントローラ301からの基本クロックが、環境温度が変化した場合に変動しても、温度補償水晶発振器305により修正されて、送信部307及び受信部306に与えられるようになっている。
【0096】
このように、制御部を備えた携帯電話装置300のような電子機器に、上述した実施形態に係る圧電デバイスを利用することにより、製造工程において、精密に蓋封止された圧電デバイスを使用していることによって、正確なクロック信号を生成することができる。
【0097】
本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
上述の実施形態では、圧電デバイスを圧電振動子に適用した例を説明したが、本発明は、これに限らず、圧電発振器その他、パッケージ内に圧電振動片を収容したあらゆる圧電デバイスに適用される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の圧電デバイスの第1の実施形態を示す概略平面図。
【図2】 図1のA−A線概略断面図。
【図3】 図1の圧電デバイスの底面図。
【図4】 図1の圧電デバイスの蓋封止を行うための蓋封止装置の実施形態の全体構成を示す構成図。
【図5】 図4の蓋封止装置のチャンバーの部分を上から見た状態を示す概略平面図。
【図6】 図4の蓋封止装置の変形例の要部を示す概略構成図。
【図7】 図4の蓋封止装置で使用するハロゲンランプの波長域と温度域を示す図。
【図8】 図4の蓋封止装置で使用するハロゲンランプの作動立ち上がり時間と温度とを示すグラフ。
【図9】 図4の蓋封止装置のパッケージの保持手段を示す概略平面図。
【図10】 図9の保持手段のA2領域の底面図。
【図11】 図9のB−B線切断概略端面図。
【図12】 図9のC−C線切断概略端面図。
【図13】 本発明の蓋封止方法の第1の実施形態に係るフローチャート。
【図14】 図13の蓋封止方法における加熱の温度プロファイルを示すグラフ。
【図15】 図13の蓋封止方法において、図4の蓋封止装置のランプユニットから照射された光ビームが蓋体を封止する様子を示す部分拡大断面図。
【図16】 本発明の蓋封止方法の第2の実施形態に係るフローチャート。
【図17】 図16の蓋封止方法において、図4の蓋封止装置のランプユニットから照射された光ビームが蓋体を封止する様子を示す部分拡大断面図。
【図18】 第3及び第4の実施形態において、保持手段にパッケージをセットした状態を示す図11に対応した図。
【図19】 第3及び第4の実施形態において、保持手段にパッケージをセットした状態を示す図12に対応した図。
【図20】 本発明の蓋封止方法の第3の実施形態に係るフローチャート。
【図21】 図20の蓋封止方法において、図4の蓋封止装置のランプユニットから照射された光ビームが蓋体を封止する様子を示す部分拡大断面図。
【図22】 本発明の蓋封止方法の第4の実施形態に係るフローチャート。
【図23】 図22の蓋封止方法において、図4の蓋封止装置のランプユニットから照射された光ビームが蓋体を封止する様子を示す部分拡大断面図。
【図24】 第5の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法について、第1の実施形態と比べて特徴的な工程を説明するためのフローチャート。
【図25】 ガラス網目構造を形成する燐酸系ガラスの図。
【図26】 孔封止を行なう際の説明図。
【図27】 本発明の上述した実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図。
【図28】 圧電デバイスの製造方法の概略を示すフローチャート。
【図29】 圧電デバイスの従来の蓋封止装置を説明するための図。
【図30】 図29の蓋封止装置に用いられる加熱手段の構成を示す図。
【図31】 図29の蓋封止装置による加熱温度プロファイルを示すグラフ。
【図32】 レーザ光を用いて蓋封止をする様子を示す概略側面図。
【符号の説明】
10・・・蓋封止装置、11・・・ランプユニット、12,20・・・チャンバー、13・・・蓋体、15−1,15−2・・・マスク、30・・・圧電デバイス、32・・・圧電振動片、33・・・ロウ材、36・・・パッケージ、37・・・開口、37・・・貫通孔、38・・・封止材、39・・・蓋体、42・・・凹部、51・・・基部、60・・・保持手段。
Claims (18)
- 圧電振動片の一部を支持固定したパッケージに、蓋体を固定した圧電デバイスに関して、前記パッケージに前記蓋体を封止する蓋封止方法であって、
前記パッケージを、その底部側がハロゲンランプに向くようにして複数個並べ、
前記複数個のパッケージの底部に対して、ハロゲンランプによる光ビームを照射して、その熱により前記パッケージと前記蓋体との間に配置したロウ材を溶融するようにした
ことを特徴とする、圧電デバイスの蓋封止方法。 - 前記ハロゲンランプによる光ビームの照射に先立って、前記パッケージを保持手段の上に、前記パッケージの底部が外部に向くように配置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蓋封止方法。
- 前記蓋体としてガラス材料で形成した蓋体を使用し、かつ前記ロウ材として低融点ガラスを使用することを特徴とする、請求項1または2のいずれかに記載の圧電デバイスの蓋封止方法。
- 前記ハロゲンランプにより光ビームが、ランプユニットからほぼ平行に照射されることにより、前記複数のパッケージを含む全ての領域に同時に光ビームを照射することを特徴とする、請求項1ないし3のいずれかに記載の圧電デバイスの蓋封止方法。
- 前記複数の各パッケージ部分だけを覆い、前記保持手段の一部を露出するようにしたマスクを配置した後で、前記ハロゲンランプにより光ビームを照射することを特徴とする、請求項2ないし4のいずれかに記載の圧電デバイスの蓋封止方法。
- 前記複数のパッケージが気密構造のチャンバー内に収容され、チャンバー内を真空排気した後で、不活性ガスを導入した後で、前記ハロゲンランプにより光ビームを照射することを特徴とする、請求項1ないし5のいずれかに記載の圧電デバイスの蓋封止方法。
- 前記ロウ材として、酸素原子と金属原子との化合物を備えるロウ材を使用し、かつ、このロウ材を、大気雰囲気においてハロゲンランプによる光ビームを照射して溶融することを特徴とする、請求項1ないし5のいずれかに記載の圧電デバイスの蓋封止方法。
- 圧電振動片を収容した内部空間と外部とを連通する貫通孔を有するパッケージに、蓋体を固定した圧電デバイスの製造方法であって、
前記パッケージを、その底部側がハロゲンランプに向くようにして複数個並べ、前記複数個のパッケージの底部に対して、大気雰囲気においてハロゲンランプによる光ビームを照射して、その熱により前記パッケージと前記蓋体との間に配置した酸素原子と金属原子との化合物を備えるロウ材を溶融するようにして、前記パッケージに前記蓋体を封止し、
その後、前記パッケージの前記貫通孔を利用して、前記内部空間内を真空排気した後、真空雰囲気において前記貫通孔に封止材を充填することにより孔封止する
ことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。 - 前記貫通孔の孔封止をする工程において、前記貫通孔に溶融前の前記封止材を配置し、この溶融前の前記封止材を、ハロゲンランプによる光ビームを照射した熱で溶融するようにして孔封止することを特徴とする、請求項8に記載の圧電デバイスの製造方法。
- 圧電振動片の一部を支持固定したパッケージに、蓋体を固定した圧電デバイスに関して、前記パッケージに前記蓋体を封止する蓋封止方法
であって、
前記パッケージに蓋体を配置した状態で、パッケージと蓋体との間にロウ材を介在させて、蓋体側がハロゲンランプに向くようにして複数個並べ、
前記パッケージを保持手段の上に、前記パッケージの蓋体側が外部に向くように配置し、
前記複数の各パッケージの少なくとも前記蓋体の封止領域より内側を覆い、前記保持手段の一部を露出するようにしたマスクを配置した後で、
前記複数個のパッケージの蓋体側に対して、前記ハロゲンランプによる光ビームを照射して前記蓋体を加熱し、その熱により前記ロウ材を溶融するようにした
ことを特徴とする、圧電デバイスの蓋封止方法。 - 前記複数のパッケージが気密構造のチャンバー内に収容され、チャンバー内を真空排気した後で、不活性ガスを導入した後で、前記ハロゲンランプにより光ビームを照射することを特徴とする、請求項10記載の圧電デバイスの蓋封止方法。
- 圧電振動片を収容した内部空間と外部とを連通する貫通孔を有するパッケージに、蓋体を固定した圧電デバイスの製造方法であって、
前記パッケージに蓋体を配置した状態で、パッケージと蓋体との間に酸素原子と金属原子との化合物を備えるロウ材を介在させて、蓋体側がハロゲンランプに向くようにして複数個並べ、前記複数個のパッケージの蓋体側に対して、大気雰囲気においてハロゲンランプによる光ビームを照射して前記蓋体を加熱し、その熱により前記ロウ材を溶融することにより前記パッケージに前記蓋体を封止し、
その後、前記パッケージの前記貫通孔を利用して、前記内部空間内を真空排気した後、真空雰囲気において前記貫通孔に封止材を充填することにより孔封止する
ことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。 - 前記貫通孔の孔封止をする工程において、前記貫通孔に溶融前の前記封止材を配置し、この溶融前の前記封止材を、ハロゲンランプによる光ビームを照射した熱で溶融するようにして孔封止することを特徴とする、請求項12に記載の圧電デバイスの製造方法。
- 圧電振動片の一部を支持固定したパッケージに、蓋体を固定した圧電デバイスに関して、前記パッケージに前記蓋体を封止する蓋封止装置であって、
前記複数のパッケージを、その底部側もしくは蓋体側がランプ側に向くようにして、並べて保持する手段と、
前記複数のパッケージの外側に配置され、少なくとも前記複数のパッケージを保持した保持手段が露出するようにしたマスクと、
前記マスクの上から、ハロゲンランプによる光ビームを照射するランプユニットと
を備えることを特徴とする、圧電デバイスの蓋封止装置。 - 前記複数のパッケージを気密に収容するためのチャンバーを備え、このチャンバーの内側に前記ランプユニットを収容したことを特徴とする、請求項14に記載の圧電デバイスの蓋封止装置。
- 前記複数のパッケージを気密に収容するためのチャンバーを備え、このチャンバーの外側に前記ランプユニットを配置して、ランプユニットからの光ビームを透過させる光透過性の隔壁が前記チャンバーに形成されていることを特徴とする、請求項14に記載の圧電デバイスの蓋封止装置。
- 前記ランプユニットが、前記複数のパッケージの全ての配置領域に同時に光ビームを照射する構成としたことを特徴とする、請求項14ないし16のいずれかに記載の圧電デバイスの蓋封止装置。
- 前記チャンバー内に冷却手段を備えることを特徴とする、請求項14ないし17のいずれかに記載の圧電デバイスの蓋封止装置。
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