(57)【要約】【課題】  圧電デバイスのサイズの大型化を招くことなく、ベース板と金属キャップとの接合強度が向上させた圧電デバイスを提供する。【解決手段】    本実施形態の圧電デバイス（１００）は、平面視で矩形の枠形状であり且つ第１外周端（１１４ｅ）から第１内周端（１１５ｉ）までの第１幅（Ｗ１１）で形成された平坦な平面領域（１１５）を有し、圧電素子を覆うキャップ（１１０）と、キャップに接する側の第１平面と該第１平面の反対面の第２平面とを有し、平面視で矩形形状の外周と同じ形状の外周を含む平板のベース板（１２０）と、第１平面に形成され、平面領域と重なり合う大きさで形成された矩形の枠形状であり且つ第２外周端（１２５ｅ）から第２内周端（１２５ｉ）までの第２幅（Ｗ２２）で形成された平坦な接合金属膜（１２５）と、を備える。そして第２外周端（１２５ｅ）は第１外周端（１１４ｅ）よりも外側である。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面視で矩形の枠形状であり且つ第１外周端から第１内周端までの第１幅で形成された平坦な平面領域を有し、圧電素子を覆うキャップと、
前記キャップに接する側の第１平面と該第１平面の反対面の第２平面とを有し、平面視で前記矩形の枠形状と同じ形状の外周を含む平板のベース板と、
前記第１平面に形成され、前記平面領域と重なり合う大きさで形成された矩形の枠形状であり且つ第２外周端から第２内周端までの第２幅で形成された平坦な接合金属膜と、を備え、
前記第２外周端は前記第１外周端よりも外側である圧電デバイス。
【請求項２】
前記第２内周端は、前記第１内周端と同じ位置又は前記第１内周端よりも外側にある請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記第２幅は前記第１幅よりも大きい請求項１又は請求項２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記キャップの内側壁面から前記第１外周端までの第３幅は、前記第２幅より大きい請求項から請求項３のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記第２外周端から前記第１外周端までの距離Ｗ３１は、１０〜４０μｍ（２５±１５μｍ）である請求項１又は請求項２に記載の圧電デバイス。
【請求項６】
前記第２内周端から前記キャップの内側壁面までの距離Ｗ３３とすると、比率Ｗ３１：Ｗ３３は、０．２５〜２．６０である請求項４に記載の圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電フィルタ、圧電振動子、圧電発振器等の圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶等の圧電材料を使った圧電フィルタ、圧電振動子圧電振動片、圧電発振器加速度センサ等の圧電デバイスは、極めて広範囲の分野で利用されている。このような圧電デバイスの一種が、例えば特許文献１に開示されている。この圧電デバイスは、板状のベース板と金属キャップとで構成されている。そしてベース板の周囲には金属膜で形成された接合金属膜を有する。また金属キャップは、周囲が下方に折り曲げられたドーム型の形状で、周囲にはフランジ面が形成されている。そして接合金属膜とフランジ面とが封止されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１３４０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、圧電デバイスの封止の強度が不十分で外圧などがかかった場合には、圧電デバイス内と外気との間でリークしてしまうことがあった。接合金属膜及びフランジ面を大きくすればベース板と金属キャップとの接合強度が向上するが、圧電デバイスのサイズの大型化を招くことになる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、圧電デバイスのサイズの大型化を招くことなく、ベース板と金属キャップとの接合強度が向上させた圧電デバイスを提供する。
【０００６】
本実施形態の圧電デバイスは、平面視で矩形の枠形状であり且つ第１外周端から第１内周端までの第１幅で形成された平坦な平面領域を有し、圧電素子を覆うキャップと、キャップに接する側の第１平面と該第１平面の反対面の第２平面とを有し、平面視で矩形の枠形状と同じ形状の外周を含む平板のベース板と、第１平面に形成され、平面領域と重なり合う大きさで形成された矩形の枠形状であり且つ第２外周端から第２内周端までの第２幅で形成された平坦な接合金属膜と、を備える。そして第２外周端は第１外周端よりも外側である。
【０００７】
また第２内周端は、第１内周端と同じ位置又は第１内周端よりも外側にあることが好ましい。さらに、第２幅は第１幅よりも大きいことが好ましい。また、キャップの内側壁面から第１外周端までの第３幅は、第２幅より大きいことが好ましい。
【０００８】
第２外周端から第１外周端までの距離Ｗ３１は、１０〜４０μｍ（２５±１５μｍ）であることが好ましい。さらに第２内周端からキャップの内側壁面までの距離Ｗ３３とすると、比率Ｗ３１：Ｗ３３は、０．２５〜２．６０であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態の圧電デバイスは、大型化を招くことなく、ベース板とキャップとの接合強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】圧電デバイス１００の分解斜視図である。
【図２】金属キャップの断面図とその部分拡大図である。
【図３】圧電デバイスの断面図である。
【図４】接合金属膜及びフランジ面の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、説明に用いる各図はこれら発明を理解できる程度に概略的に示してあり、大きさ、角度又は厚み等は誇張して描いている。また説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の実施形態中で述べる形状、寸法、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。
【００１２】
＜圧電デバイス１００の構成＞
図１は、圧電デバイス１００の分解斜視図である。圧電デバイス１００は、金属製のキャップ１１０と、セラミック製のベース板１２０と、圧電振動片１３０とにより構成されている。圧電振動片１３０には例えばＡＴカット又はＳＣカット等の水晶振動片が用いられる。以下の説明では、水晶振動片を代表的に説明するが、水晶フィルタ又は水晶発振器等の圧電片を使った圧電デバイスに本実施形態を適用できる。圧電デバイス１００の長辺方向をＸ軸方向、圧電デバイス１００の高さ方向をＹ軸方向、Ｘ及びＹ軸方向に垂直な方向をＺ軸方向として説明する。
【００１３】
圧電デバイス１００では、セラミック製のベース板１２０の＋Ｙ軸側の面に圧電振動片１３０が載置される。さらに圧電振動片１３０を密封するように金属製のキャップ１１０がセラミック製のベース板１２０の＋Ｙ軸側の面に載置される。セラミック製のベース板１２０と金属製のキャップ１１０とが、接合剤である共晶合金ＥＡを介して接合される。圧電デバイス１００は、プリント基板等に実装される表面実装型の圧電デバイスである。図１では接合剤である共晶合金ＥＡが平板の枠形状で描かれているが、共晶金属ＥＡは、後述するフランジ面又は接合金属膜の少なくとも一方に設けられるものである。
【００１４】
金属製のキャップ１１０は、不図示の金型でプレスされて＋Ｙ軸方向に凹んだ凹部１１１を有する箱型形状に形成されている。また、金属製のキャップ１１０は、凹部１１１を囲む４枚の壁面１１２と、各壁面１１２の＋Ｙ軸側の辺に接合されている天井面１１３と、各壁面１１２の−Ｙ軸側の辺に、壁面１１２から外側に折れ曲がるように環状に形成されるフランジ面１１４と、により構成されている。
【００１５】
セラミック製のベース板１２０は、平面視で矩形形状であり、上下の主面を有する平板１２６を有する。＋Ｙ軸側の面に一対の接続パッド１２１が、セラミック製の平板１２６に形成されている。各接続パッド１２１は、導電性接着剤ＣＡ（図３参照）を介して圧電振動片１３０に電気的に接続される。また、４つの外部電極１２４が、セラミック製のベース板１２０の−Ｙ軸側の面に形成される。Ｙ軸方向に貫通する一対の貫通電極１２３（図３参照）がセラミック製の平板１２６に形成されている。接続パッド１２１と実装端子１２４とは、それぞれ貫通電極１２３を介して、又は配線電極１２２及び貫通電極１２３を介して電気的に接続される。実装端子１２４は、本実施形態では４つ形成されている。４つのうちの１つの実装端子１２４はアース端子であってもよい。圧電デバイス１００は、実装端子１２４にハンダなどで、プリント基板などに実装される。
【００１６】
また、セラミック製のベース板１２０の＋Ｙ軸側の面に形成される電極の全体を囲むように、外周側に枠状の接合金属膜１２５が、平板１２６の＋Ｙ軸側の面に形成されている。この枠状の接合金属膜１２５はフランジ面１１４と対向する面であり、共晶金属ＥＡで金属膜１２５とフランジ面１１４とが接合する。枠状の接合金属膜１２５は、平板１２６の外周端１２６ｅの位置から幅Ｗ２２で形成されている。枠状の接合金属膜１２５の外周端１２５ｅは板１２６の外周端１２６ｅの位置と一致する。ただし、接合金属膜１２５の外周端１２５ｅは平板１２６の外周端１２６ｅより多少内側であっても良い。接続パッド１２１、配線電極１２２及び枠状の接合金属膜１２５は、スクリーン印刷等で形成される。その厚み（Ｙ軸方向）は１０μｍ前後である。なお第１実施形態では、セラミック製のベース板で説明したがガラス製や水晶製のベース板でも良い。
【００１７】
圧電振動片１３０は、＋Ｙ軸側及び−Ｙ軸側の面に励振電極１３１が形成されており、それぞれ引出電極１３２が各励振電極１３１から引き出されている。圧電振動片１３０の＋Ｙ軸側の面に形成されている励振電極１３１からは引出電極１３２がＸ軸側に引き出され、さらに引出電極１３２が圧電振動片１３０の−Ｚ軸側の側面を介して−Ｙ軸側の面に引き出されている。また、圧電振動片１３０の−Ｙ軸側の面に形成されている励振電極１３１から引き出される引出電極１３２は、励振電極１３１から−Ｘ軸側に伸び、さらに圧電振動片１３０の＋Ｚ軸側の側面を介して＋Ｙ軸側の面にまで引き出されている。
【００１８】
図２は、図１のＡ−Ａ断面の金属キャップの断面図である。金属キャップ１１０は、共晶金属ＥＡによりベース板１２０の上面と接合されて、ベース板１２０の上面に搭載されている圧電振動片１３０を気密封止するためのものである。
【００１９】
金属キャップ１１０は、例えば、鉄、ニッケル、または、コバルトの少なくともいずれかを含む合金からなり、一体的に形成されている。金属キャップ１１０は、真空状態もしくは窒素ガスなどが充填された凹部１１１を気密封止する。天井面１１３は、平面視で矩形形状の平板状となっており、その主面の大きさが矩形形状の圧電振動片１３０の主面より大きく、かつ、ベース板１２０の上面の大きさより小さくなっている。天井面１１３の下面には、４面の壁面１１２で覆われた凹部１１１が形成されている。
【００２０】
壁面１１２は、金属キャップ１１０の下面に凹部１１１を形成するためのものであり、天井面１１３の外縁に沿って設けられている。凹部１１１内には、ベース板１２０上に搭載されている圧電振動片１３０が収容される。フランジ面１１４は、金属キャップ１１０とベース板１２０とを接合する面積を確保し接合強度を上げるためのものである。フランジ面１１４は、壁面１１２の外周面に沿って環状でかつ壁面１１２の外周側へ延びている。
【００２１】
ここで、金属キャップ１１０の作製方法について説明する。金属キャップ１１０の作製は、例えば、金型を使ったプレス加工で作製される。金属キャップ１１０の凹部１１１と同形状となっている凸部と凹部とを有した一対の金型で平板を挟み加圧し、天井面１１３、壁面１１２およびフランジ面１１４が形成される。その後、サンドブラスト等により特にフランジ面１１４の周辺の折り曲げの曲率を大きくするとともにプレス加工に生じたバリ(Burr)を除去がなされる。金属キャップ１１０は、プレス加工を用いて平板を塑性加工する、いわゆる絞り加工により凹部１１１が作製されている。
【００２２】
完成した金属キャップ１１０の寸法、特にフランジ面１１４周辺の寸法について図２の拡大図を使って説明する。壁面１１２からフランジ面１１４へは直角に曲がっているが、その曲がり角には内側に内側曲面１１７と外側に外側曲面１１８とが形成される。内側曲面１１７は、内側壁面１１２ｉからの曲面であり、後述するように共晶金属ＥＡのフィレットが形成されやすいように曲率が大きい方が好ましい。また外側曲面１１８は、外側壁面１１２ｏからフランジ面１１４の第１外周端１１４ｅまでの曲面であり、金属キャップ１１０のＺ軸方向及びＹ軸方向への長さが長くならないように形成されている。つまりフランジ面１１４の上側（＋Ｙ軸側）は、平面領域（ＸＺ平面）がほとんど無いことが好ましい。一方、フランジ面１１４の下側（−Ｙ軸側）は、平面領域（ＸＺ平面）１１５が形成されている。平面領域１１５の幅Ｗ１１は、フランジ面１１４の第１外周端１１４ｅから平面領域１１５の第１内周端１１５ｉまでであり、その第１内周端１１５ｉから内側曲面１１７が形成されている。またフランジ面１１４の第１外周端１１４ｅから壁面１１２の内側壁面１１２ｉまでの幅がＷ１５で示されている。内側曲面１１７の幅Ｗ１３（＝Ｗ１５−Ｗ１１）は、平面領域１１５の第１内周端１１５ｉから壁面１１２の内側壁面１１２ｉまでである。仮にベース板１２０のＸ軸方向の長さが０．８０ｍｍでＺ軸方向の長さが０．６０ｍｍとした場合には、平面領域１１５の幅Ｗ１１は、０．０３ｍｍ（３０μｍ）〜０．０７ｍｍ（７０μｍ）であり、好ましくは０．０５ｍｍ前後である。内側曲面１１７の幅Ｗ１３は、平面領域１１５の幅Ｗ１１の１／２ぐらいで、０．０１５ｍｍ（１５μｍ）〜０．０３５ｍｍ（３５μｍ）であり、好ましくは０．０２５ｍｍ（２５μｍ）前後が好ましい。このためフランジ面１１４の第１外周端１１４ｅから壁面１１２の内側壁面１１２ｉまでの幅Ｗ１５は、０．０４５ｍｍ（４５μｍ）から０．１０５ｍｍ（１０５μｍ）であることが好ましい。
【００２３】
図３は、図１の圧電デバイスのＡ−Ａ断面図である。圧電振動片１３０が、セラミック製のベース板１２０の＋Ｙ軸側の面に載置されている。圧電振動片１３０の引出電極１３２とセラミック製のベース板１２０の接続パッド１２１とが導電性接着剤ＣＡを介して電気的に接続されている。圧電振動片１３０の励振電極１３１は配線電極１２２及び貫通電極１２３を介して実装端子１２４に電気的に接続される。そして枠状の接合金属膜１２５は、平板１２６の外周端１２６ｅ付近から接合金属膜１２５の内側の第２内周端１２５ｉまで幅Ｗ２２で形成されている。仮にベース板１２０のＸ軸方向の長さが０．８０ｍｍでＺ軸方向の長さが０．６０ｍｍとした場合に、枠状の接合金属膜１２５の幅Ｗ２２が０．０６ｍｍ〜０．０８ｍｍである。実装端子１２４は、平板１２６の外周端１２６ｅから幅Ｗ２４だけ、例えば０．０２ｍｍ隔ててから形成されている。
【００２４】
金属キャップ１１０の長さ、つまりフランジ面１１４の一方の第１外周端１１４ｅから他方の第１外周端１１４ｅまでの長さは、平板１２６の一方の外周端１２６ｅから他方の外周端１２６ｅの長さよりも短い。図３に描かれているＸ軸方向では、セラミック製のベース板１２０のＸ軸方向の長さは金属製のキャップ１１０のＸ軸方向の長さよりも幅Ｗ３１の約２倍短い。別の言い方をすれば、幅Ｗ３１は接合金属膜１２５の第２外周端１２５ｅからフランジ面１１４の第１外周端１１４ｅまでの長さであり、接合金属膜１２５の第２外周端１２５ｅは金属製のキャップ１１０の外周端１１４ｅよりも外側である。
【００２５】
上述したように、キャップ１１０の平面領域１１５の幅Ｗ１１は、０．０３ｍｍ（３０μｍ）〜０．０７ｍｍ（７０μｍ）であり、好ましくは０．０５ｍｍ（５０μｍ）前後である。一方、枠状の接合金属膜１２５の幅Ｗ２２が０．０６ｍｍ（６０μｍ）〜０．０８ｍｍ（８０μｍ）である。つまり枠状の接合金属膜１２５の幅Ｗ２２が平面領域１１５の幅Ｗ１１よりも大きい方が好ましい。共晶金属ＥＡのフィレット（接合剤が溶けて形成する裾広がりの形状）がキャップ１１０のフランジ面１１４に形成され易くするためである。ここでキャップ１１０の平面領域１１５の内側端と枠状の接合金属膜１２５の内側端との位置関係を説明する。平面領域１１５の第１内周端１１５ｉと枠状の接合金属膜１２５の第２内周端１２５ｉとはほぼ同じ位置に配置される。もしくは枠状の接合金属膜１２５の第２内周端１２５ｉが平面領域１１５の第１内周端１１５ｉよりも外側であることが好ましい。これも共晶金属ＥＡのフィレットがキャップ１１０のフランジ面１１４に形成され易くするためであり、枠状の接合金属膜１２５の内側端に共晶金属ＥＡのフィレットが形成され易くするためである。このような位置関係にするためには、キャップ１１０の内側壁面１１２ｉから第１外周端１１４ｅまでの幅Ｗ１５の方が、接合金属膜１２５の幅Ｗ２２より大きいことが好ましい。
【００２６】
図４は、図３の金属キャップのフランジ面及びベース板の部分拡大図である。図４（ａ）は、金属製のキャップ１１０の平面領域１１５に共晶金属ＥＡが配置され、その金属製のキャップ１１０がベース基板１２０に載置される前の状態を示した図である。図４（ｂ）は、その金属製のキャップ１１０がベース基板１２０に載置された後の状態を示した図である。図示しないが、金属製のキャップ１１０の平面領域１１５ではなく枠状の接合金属膜１２５に共晶金属ＥＡが配置されていても良いし、両方に共晶金属ＥＡが配置されていても良い。
【００２７】
共晶合金ＥＡは、実装端子１２４を外部電子機器等の外部基板に接続する際に用いる合金（例えば鉛フリーハンダ等）の２５０℃〜２８０℃の融点より高い融点を有する。共晶合金ＥＡとして、例えば亜鉛アルミニウム（ＺｎＡｌ）系、金スズ（ＡｕＳｎ）系又は銅スズ（ＣｕＳｎ）系で（融点３００℃。合金化後は融点が４００℃を越えるもの）が好ましい。配置された共晶金属ＥＡの厚さＤ１１は例えば１２〜１５μｍである。
【００２８】
キャップ１１０とベース板１２０とを封止する際に、フランジ面１１４が枠状の接合金属膜１２５に載置されて、キャップ１１０とベース板１２０とは所定の封止装置に入れられる。そして共晶合金ＥＡが溶けると、溶けた共晶合金ＥＡが金属膜１２５の第２外周端１２５ｅに流れて、図４（ｂ）に示されるように、共晶金属ＥＡの厚さＤ１２が１０μｍ前後となる。もっとも、図４（ｂ）に示されるように、本実施形態の圧電デバイスでは、接合金属膜１２５の第２外周端１２５ｅはキャップ１１０の第１外周端１１４ｅより幅でＷ３１程度外側である。そのため、フィレットがフランジ面１１４の第１外周端１１４ｅにも形成され、また、内側曲面１１７に沿って形成される。また接合金属膜１２５の第２内周端１２５ｉにも形成される。このため、金属製のキャップ１１０と枠状の接合金属膜１２５とが強固に封止され、圧電振動片１３０は凹部１１１内に密封されることになる。  
【００２９】
上述したように、フランジ面１１４の一方の第１外周端１１４ｅから他方の第１外周端１１４ｅまでの長さは、平板１２６の一方の外周端１２６ｅから他方の外周端１２６ｅの長さより幅Ｗ３１の２倍だけ短い。Ｘ軸またはＺ軸方向の片側で考えると、幅Ｗ３１は枠状の接合金属膜１２５の幅Ｗ２２の約１／２〜１／４である。このため、金属製のキャップ１１０の長さは、セラミック製のベース板１２０の長さよりも枠状の接合金属膜１２５の幅Ｗ２２の約１倍〜１／２だけ短いとも言える。仮にベース板１２０のＸ軸方向の長さが０．８０ｍｍでＺ軸方向の長さが０．６０ｍｍとした場合に、幅Ｗ３１が０．０４ｍｍ（４０μｍ）から０．０１ｍｍ（１０μｍ）であることが好ましく、さらに幅Ｗ３１が０．０３ｍｍ（３０μｍ）から０．０２ｍｍ（２０μｍ）であることがさらに好ましい。より好ましくは幅Ｗ３１が０．０２５ｍｍ（２５μｍ）前後である。
【００３０】
次に、枠状の接合金属膜１２５の第２内周端１２５ｉから金属製のキャップ１１０の内側内壁１１２ｉまでの長さＷ３３を説明する。上述したように枠状の接合金属膜１２５の内側端１２５ｉが平面領域１１５の第１内周端１１５ｉとほぼ同じ位置又はより外側であることが好ましい。このため、平板１２６の外周端１２６ｅからフランジ面１１４の第１外周端１１４ｅまでの幅Ｗ３１よりも、枠状の接合金属膜１２５の第２内周端１２５ｉから金属製のキャップ１１０の内側内壁１１２ｉまでの幅Ｗ３３の方が長い。幅Ｗ３３は、ほぼ内側曲面１１７の幅Ｗ１３と同じかそれよりも長いので、仮にベース板１２０のＸ軸方向の長さが０．８０ｍｍでＺ軸方向の長さが０．６０ｍｍとした場合には、幅Ｗ３３は、０．０１５ｍｍ（１５μｍ）〜０．０４０ｍｍ（４０μｍ）であり、好ましくは０．０３ｍｍ（３０μｍ）前後である。比率Ｗ３１：Ｗ３３は、０．２５（１０／４０）〜２．６（４０／１５）であり、０．８３（２５／３０）前後が好ましい。
【００３１】
本実施形態で示したベース板は、四隅にキャスタレーションが形成されていなかったが、キャスタレーション電極を形成したベース板であっても、本実施形態を適用できる。また本実施形態は、上部セラミック板と下部セラミック板とを組み合わせ貫通電極とキャスタレーション電極とを有するベース板にも適用できる。
【符号の説明】
【００３２】
１００  …  圧電デバイス
１１０  …  金属製のキャップ
１１１  …  凹部、  
１１２  …  壁面    １１２ｉ  …  内側壁面    １１２ｏ  …  外側壁面
１１３  …  天井面
１１４  …  フランジ    １１４ｅ  …  第１外周端
１１５  …  平面領域    １１５ｉ  …  第１内周端
１１７  …  内側曲面    １１８  …  外側曲面
１２０  …  セラミック製のベース板
１２１  …  接続パッド、    １２２  …  配線電極
１２３  …  貫通電極、    １２４  …  実装端子
１２５  …  枠状の金属膜  １２５ｅ  …  第２外周端  １２５ｉ  …  第２内周端
１２６  …  セラミック製の平板    １２６ｅ  …  外周端
１３０  …  圧電振動片、  １３１  …  励振電極、    １３２  …  引出電極
ＣＡ  …  導電性接着剤
ＥＡ  …  共晶合金
Ｗ３１  …  第２外周端１２５ｅから第１外周端１１４ｅまでの長さ
Ｗ３３  …  第１内周端１１５ｉから内側壁面１１２ｉまでの長さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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