(57)【要約】【課題】  接合領域が小さくても共晶金属等の接合部で充分に密閉封止が可能な圧電デバイスを提供する。【解決手段】  圧電デバイス（１００）は、圧電素子を覆う金属製のキャップ（１１０）と、平面視で金属製キャップの輪郭と同様又はほぼ同様の輪郭を持ち、圧電素子を収容する空間を持つ金属製の枠体（１４０）を有する。その枠体の断面が、多角形、円又は楕円であってもよい。そして圧電デバイス（１００）は、平面視で金属製キャップの輪郭と同様又はほぼ同様の輪郭を持ち、圧電素子を載置するセラミック製のベース板（１２０）と、枠体及びベース板を接合する第１接合部（ＥＡ１）と、キャップ及び枠体を接合する第２接合部（ＥＡ２）と、を有する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子を覆う金属製のキャップと、
平面視で前記金属製キャップの輪郭と同様又はほぼ同様の輪郭を持ち、前記圧電素子を収容する空間を持つ金属製の枠体であって、該枠の断面が、多角形、円又は楕円である金属製の枠体と、
平面視で前記金属製キャップの輪郭と同様又はほぼ同様の輪郭を持ち、前記圧電素子を載置するセラミック製のベース板と、
前記枠体及び前記ベース板を接合する第１接合部と、
前記キャップ及び前記枠体を接合する第２接合部と、
を備える圧電デバイス。
【請求項２】
前記金属製の枠体の断面は、中実もしくは中空である請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
平面視で前記第１及び第２接合部各々の幅が、前記枠体の幅もしくは直径よりも広い請求項１又は請求項２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記第１接合部及び第２接合部は独立である請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記第１接合部及び第２接合部は少なくとも一部で連続である請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
【請求項６】
前記金属製キャップ、前記枠体及び前記ベース板各々の平面形状が矩形状である請求項１〜５のいずれか１項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、圧電素子を封止した圧電デバイスに関し、特に、金属製の枠体を使用した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、圧電発振器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、平板又は中央が凹んだセラミック製のベース板と中央が凹んだ金属キャップとを接合剤で接合している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−５５６３８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、圧電デバイスの小型化が進むにつれて接合領域もできるだけ小さくしていく必要があり、接合領域が小さくなると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。そこで、接合領域が小さくても共晶金属等の接合部で充分に密閉封止が可能な圧電デバイスを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本実施形態の圧電デバイスは、圧電素子を覆う金属製のキャップと、平面視で金属製キャップの輪郭と同様又はほぼ同様の輪郭を持ち、圧電素子を収容する空間を持つ金属製の枠体を有する。その枠体の断面が、多角形、円又は楕円であってもよい。そして圧電デバイスは、平面視で金属製キャップの輪郭と同様又はほぼ同様の輪郭を持ち、圧電素子を載置するセラミック製のベース板と、枠体及びベース板を接合する第１接合部と、キャップ及び枠体を接合する第２接合部と、を有する。
【０００６】
金属製の枠体の断面は、中実もしくは中空であってもよい。また平面視で第１及び第２接合部各々の幅が、枠体の幅もしくは直径よりも広い方が好ましい。また第１接合部及び第２接合部は独立であってもよく、第１接合部及び第２接合部は少なくとも一部で連続であってもよい。さらに金属製キャップ、枠体及びベース板各々の平面形状が矩形状であってもよい。
【発明の効果】
【０００７】
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、ベース板と金属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】
【０００８】
【図１】圧電デバイス１００の分解斜視図である。
【図２】（ａ）は金属製の枠体１４０ａを示した平面図である。（ｂ）は（ａ）に示された金属製の枠体のＢ−Ｂ断面の拡大図である。（ｃ）は金属製の枠体の第２例の断面図であり、（ｄ）は金属製の枠体の第３例の断面図であり、（ｅ）は金属製の枠体の第４例の断面図である。
【図３】（ａ）は金属製の枠体１４０ｆの一例を示した平面図である。（ｂ）は金属製の枠体１４０ｇの一例を示した平面図である。
【図４】（ａ）は圧電振動片の平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図５】（ａ）は枠体１４０ａを使用した圧電デバイスの断面図、（ｂ）はその部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
＜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、水晶フィルタ用の圧電片、水晶以外の圧電材料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。
【００１１】
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。またセラミック製のベース板１２０の＋Ｙ軸側の面に金属製の枠体１４０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が金属製の枠体１４０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（図５を参照。）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。
【００１２】
金属製のキャップ１１０は、平板であり、例えば不図示の金型でプレスされて打ち抜かれて例えば矩形形状に形成される。また、金属製のキャップ１１０は、上板１１３と下面１１２とを有する。下面１１２は、金属製の枠体１４０に合わせて塗布された共晶合金ＥＡを有していてもよい。金属製のキャップ１１０の材料は、例えば、ステンレス、４２アロイ、またはコバール等の合金からなる。
【００１３】
セラミック製のベース板１２０は、平面視で例えば矩形形状であり、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５参照）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、それぞれ貫通電極を介して、又は配線電極１２２及び貫通電極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、不図示のプリント基板などに実装される。
【００１４】
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は金属製の枠体１４０と対向し、共晶金属ＥＡ（図４，図５を参照）で金属膜１２５と金属製の枠体１４０とが接合する。接続パッド１２１、配線電極１２２及び枠状の接合金属膜１２５は、モリブデンやタングステン等の金属を含むペーストを用いてスクリーン印刷等で形成される。接合時の接合金属膜１２５の厚み（Ｙ軸方向）は１０μｍ前後である。なお本実施形態では、セラミック製のベース板で説明するがガラス製や水晶製のベース板でも良い。また共晶金属ＥＡは金スズ合金などが使用される。
【００１５】
圧電振動片１３０は例えば矩形形状の水晶体からなり、その＋Ｙ軸側及び−Ｙ軸側の主面に励振電極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軸側の主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軸側の主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。
【００１６】
金属製の枠体１４０は、メタルＯリングとの呼ばれる気体等の流体を密封する部材である。金属製の枠体１４０について、図２及び図３を使って説明する。
【００１７】
＜金属製の枠体１４０の構成＞
図２（ａ）は、第１例の金属製の枠体１４０ａの平面図である。（ｂ）は（ａ）に示された第１例の金属製の枠体１４０ａのＢ−Ｂ断面の拡大図である。（ｃ）は第２例の金属製の枠体１４０ｃの断面図であり、（ｄ）は第３例の金属製の枠体１４０ｄの断面図であり、（ｅ）は第４例の金属製の枠体１４０ｅの断面図である。また図３（ａ）は第５例の金属製の枠体１４０ｆの一例を示した平面図であり、（ｂ）は第６例の金属製の枠体１４０ｇの一例を示した平面図である。なお、第１例から第６例の説明では、金属製の枠体１４０ａから１４０ｇを区別して説明するが、特に図１又は図４では、第１例から第６例の金属製の枠体１４０がどれにでも適用できるため、金属製の枠体１４０として説明する。
【００１８】
図２（ａ）に示されるように、第１例の金属製の枠体１４０ａは、全体として矩形形状であり、角部が丸みを帯びたＲ形状とした形状である。金属製の枠体１４０ａのＸ軸方向の長さＬＬは、例えば０．８ｍｍから３．０ｍｍであり、金属製の枠体１４０ａのＺ軸方向の幅ＷＷは、例えば０．６ｍｍから２．６ｍｍである。
【００１９】
図２（ｂ）に示されるように、金属製の枠体１４０ａのＢ−Ｂ断面は中空円形であり、内側から中空部４５ａ、金属部４３ａ及び金属めっき層４１ａから形成されている。金属部４３ａの材質は、耐食性に優れたステンレス鋼や耐熱性に優れたニッケル基合金、コバルト基合金等が使用される。また金属めっき層４１ａの材質は、軟質金属（例えば、金、銀等）であり、これら軟質金属はメッキ処理あるいは蒸着される。必ずしも金属部４３ａの外表面に金属めっき層４１ａを形成する必要はないが、金属めっき層４１ａがあると接合剤である共晶金属ＥＡ（図４又は図５を参照）とのなじみ性を向上させることができる。金属製の枠体１４０ａの直径Ｄ１は０．０６ｍｍから０．６ｍｍ が好ましい。なお、金属製の枠体１４０ａの長さＬＬ、幅ＷＷ、直径Ｄ１は、圧電デバイスの外形寸法、及び、必要とされる接合領域の幅等を考慮して決める。
【００２０】
図２（ｃ）に示されるように、第２例の金属製の枠体１４０ｃの横断面は、中実円形であり、金属部４３ｃ及び金属めっき層４１ｃから形成されている。金属部４３ｃ及び金属めっき層４１ｃの材料は、上述と同様である。金属製の枠体１４０の直径Ｄ１が小さい場合には、中実円形の方が製造しやすい場合がある。
【００２１】
図２（ｄ）に示されるように、第３例の金属製の枠体１４０ｄの横断面は、中実の楕円形であり、金属部４３ｄから形成されている。第３例では金属めっき層４１を有していないが、金属めっき層４１を有していても良いし中空部４５を有していても良い。金属製の枠体１４０ｄの横断面がＹ軸方向に長い楕円形であると、高さがあるため圧電デバイス内に圧電振動片だけでなく、ＩＣ等の電子部品を配置しやすくなる。
【００２２】
図２（ｅ）に示されるように、第４例の金属製の枠体１４０ｅの横断面は、中空の六角形であり、金属部４３ｅから形成されている。第４例では金属めっき層４１を有していないが、金属めっき層４１を有していても良いし中実構造であっても良い。特に図示しないが横断面が八角形などの四角形以上の多角形であってもよい。
【００２３】
金属製の枠体１４０の平面視の形状は、図２（ａ）で示された矩形形状だけでなく、第５例として図３（ａ）に示されるように、金属製の枠体１４０ｆが、平面視で直線と曲線とからなるトラック形状であってもよい。また第６例として図３（ｂ）に示されるように、金属製の枠体１４０ｇが、平面視で曲線からなる楕円形状であってもよい。図１では、圧電振動片１３０が矩形形状に描かれていたが、圧電振動片１３０が例えばＸ軸方向に縦長の楕円形状であってもよく、円形状であってもよい。楕円形又は円形状の圧電振動片１３０の場合には、図３（ａ）又は（ｂ）に示されるような金属製の枠体１４０がトラック形状又は楕円形状であってもよい。なお、金属製の枠体１４０がトラック形状又は楕円形状の場合には、金属製のキャップ１１０及びセラミック製のベース板１２０も、平面視でトラック形状又は楕円形状であることが好ましい。また金属製の枠体１４０の平面形状が円形でも良い。
【００２４】
図３（ａ）及び（ｂ）に示された金属製の枠体１４０ｆ及び金属製の枠体１４０ｇに関しては、横断面を示さないが、第１例から第４例のいずれであってもよい。
【００２５】
＜圧電デバイス１００の断面＞
図４は、図１の圧電デバイスのＡ−Ａ断面図である。図４（ａ）に示された圧電デバイスは、金属製の枠体１４０ａが使用された圧電デバイス１００ａである。図４（ｂ）は金属製の枠体１４０ａの周りの拡大断面図である。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の外周端から接合金属膜１２５の内側の内周端まで幅Ｗ２５で形成されている。仮にベース板１２０のＸ軸方向の長さが１．６０ｍｍでＺ軸方向の長さが１．２０ｍｍとした場合に、枠状の接合金属膜１２５の幅Ｗ２５が０．１２ｍｍ〜０．１６ｍｍである。実装端子１２４は、平板１２６の外周端から所定幅隔てた位置から形成されている。
【００２６】
金属製の枠体１４０ａと枠状の接合金属膜１２５との位置関係を説明する。金属製の枠体１４０ａと枠状の接合金属膜１２５とはほぼ同じ位置に配置される（図４ではＸ軸方向のみが開示されているがＺ軸方向も同様）。そして枠状の接合金属膜１２５の幅Ｗ２５よりも、金属製の枠体１４０ａの直径Ｄ１がほぼ同じであることが好ましい。図４（ｂ）に示されるように、共晶金属（第１接合部）ＥＡ１のフィレットＥＡｆが金属製の枠体１４０ａに形成され易くするためである。
【００２７】
金属製の枠体１４０ａの外周位置と金属製のキャップ１１０の外周位置と比べてみるとほぼ同じである（図４ではＸ軸方向のみが開示されているがＺ軸方向も同様）。共晶金属（第２接合部）ＥＡ２は予め金属製のキャップ１１０の下面１１２に形成されているが、その幅Ｗ１２と金属製の枠体１４０ａの直径Ｄ１とがほぼ同じであることが好ましい。図４（ｂ）に示されるように、共晶金属（第１接合部）ＥＡ１のフィレットＥＡｆが金属製の枠体１４０ａに形成され易くするためである。金属製の枠体１４０ａの上下にフィレットＥＡｆが形成されることで、金属製のキャップ１１０とセラミック製のベース板１２０とが強固に封止される。
【００２８】
図５（ａ）に示された圧電デバイスは、金属製の枠体１４０ｃが使用された圧電デバイス１００ｃである。図５（ｂ）は金属製の枠体１４０ｃの周りの拡大断面図である。図４の圧電デバイス１００ａと図５の圧電デバイス１００ｃとの大きな違いは、金属製の枠体１４０ｃの直径Ｄ２が金属製の枠体１４０ａの直径Ｄ１よりも小さい点である。また、接合金属膜１２５側の共晶金属（第１接合部）ＥＡ１のフィレットＥＡｆの一部が金属製のキャップ１１０の側の共晶金属（第２接合部）ＥＡ２のフィレットＥＡｆに連続している点である。
【００２９】
金属製の枠体１４０ｃと枠状の接合金属膜１２５との位置関係は、図４で説明したと同様であり、金属製の枠体１４０ｃと枠状の接合金属膜１２５とはほぼ同じ位置に配置される。そして枠状の接合金属膜１２５の幅Ｗ２５が、金属製の枠体１４０ｃの直径Ｄ２よりも大きい。図５（ｂ）に示されるように、共晶金属（第１接合部）ＥＡ１のフィレットＥＡｆが金属製の枠体１４０ｃに形成され易くするためである。
【００３０】
金属製の枠体１４０ｃの外周位置と金属製のキャップ１１０の外周位置と比べてみると、ほぼ同じである。共晶金属（第２接合部）ＥＡ２は予め金属製のキャップ１１０の下面１１２に形成されているが、その幅Ｗ１２も金属製の枠体１４０ｃの直径Ｄ２よりも大きい。図５（ｂ）に示されるように、共晶金属（第２接合部）ＥＡ２のフィレットＥＡｆが金属製の枠体１４０ｃに形成され易くするためである。そして共晶金属（第１接合部）ＥＡ１のフィレットＥＡｆと共晶金属（第２接合部）ＥＡ２のフィレットＥＡｆとが一部で連続している。このように上下のフィレットＥＡｆが連続すると、金属製のキャップ１１０とセラミック製のベース板１２０とがさらに強固に封止される。
【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
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
１２６  …  セラミック製の平板    
１３０  …  圧電振動片、  １３１  …  励振電極、    １３２  …  引出電極
１４０（１４０ａ〜１４０ｇ）  …  金属製の枠体
ＣＡ  …  導電性接着剤
ＥＡ  …  共晶合金（ＥＡ１…第１接合部、ＥＡ２…第２接合部）
ＥＡｆ  …  共晶合金によるフィレット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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