(57)【要約】【課題】  気密封止が充分な圧電デバイスを提供する。【解決手段】  圧電デバイス（１００）は、平面視で矩形形状の外周と該外周に所定幅の接合領域（１１４）とを有し、所定の周波数で振動する圧電片（１３０）を覆うキャップ（１１０）と、接合領域に形成された第１金属膜（ＥＡ）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平面とを有しセラミックで形成された平板のベース板（１２０）とを備える。また圧電デバイスは、ベース板の第１平面に形成され、接合領域の所定幅よりも狭い幅で接合領域と重なり合う大きさで形成された第２金属膜（１２５）と、第２平面に形成され圧電片に接続された実装端子（１２４）とを備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面視で矩形形状の外周と該外周に所定幅の接合領域とを有し、所定の周波数で振動する圧電片を覆うキャップと、
前記接合領域に形成された第１金属膜と、
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、セラミックで形成された平板のベース板と、
前記第１平面に形成され、前記接合領域の所定幅よりも狭い幅で前記接合領域と重なり合う大きさで形成された第２金属膜と、
前記第２平面に形成され、前記圧電片に接続された実装端子と、を備える圧電デバイス。
【請求項２】
前記第２金属膜は、前記平板のベース板の外周端から一定幅離れて形成されている請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記キャップが、前記所定幅のフランジを有した金属製キャップである請求項１又は請求項２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記キャップが、セラミックを積層して形成されている請求項１から請求項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金属膜は共晶合金である請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項６】
前記キャップの外周と前記ベース板の外周とは、重なる関係にある請求項１から請求項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、圧電振動子もしくは圧電発振器等の圧電デバイスに関し、特に気密封止の不良品の発生率を低減できる圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電デバイスは、一般にその内部が真空状態もしくは窒素等の不活性ガスが充填された状態の容器に気密封止する必要がある。このため、各種気密容器が提案されている。例えば、特許文献１で開示される圧電デバイスは、セラミックのパッケージと金属キャップとを接合する際に、共晶合金を使用して封止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−０４３３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、圧電振動片を搭載したシートの金属膜と金属キャップとを共晶合金により接合する場合、共晶合金の量が少ないと上記接合部のろう材によるフィレットが薄くなり、接合を良好に行えない。一方共晶合金の量を多くした場合、典型的な共晶合金である金スズでは高価な金の量が増えるため、圧電デバイスの材料費を高めてしまう。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、圧電振動子の信頼性を満足する圧電デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態の圧電デバイスは、平面視で矩形形状の外周と該外周に所定幅の接合領域とを有し、所定の周波数で振動する圧電振動片を覆うキャップと、接合領域に形成された第１金属膜と、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、セラミックで形成された平板のベース板とを備える。また圧電デバイスは、ベース板の第１平面に形成され、接合領域の所定幅よりも狭い幅で接合領域と重なり合う大きさで形成された第２金属膜と、第２平面に形成され圧電振動片に接続された実装端子とを備える。
【０００７】
第２金属膜は、平板のベース板の外周端から一定幅離れて形成されていることが好ましい。またキャップが、所定幅のフランジを有した金属製キャップであってもよく、キャップが、セラミックを積層して形成されていてもよい。さらに第１金属膜は共晶合金であることが好ましい。そしてキャップの外周とベース板の外周とは、重なる関係にあることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、気密封止が充分な圧電デバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】圧電デバイス１００の分解斜視図である。
【図２】圧電デバイス１００のＡ−Ａ断面図である。
【図３】圧電デバイス１００Ａの断面図である。
【図４】圧電デバイス２００の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
＜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、圧電片である水晶振動片を使用した圧電デバイスを説明するが、水晶等の圧電フィルタ、圧電発振器などの圧電デバイスにも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。
【００１２】
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軸側の面に接合される。このようにして圧電デバイス１００が完成する。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。
【００１３】
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リング状に形成されるフランジ１１４と、により構成されている。
【００１４】
圧電振動片１３０において、＋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。
【００１５】
セラミック製のベース板１２０は、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、圧電振動片１３０の各引出電極１３２に電気的に接続される。また、４つの実装端子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。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、外周側に枠状の金属膜１２５が、平板１２６の＋Ｙ軸側の面に形成されている。枠状の金属膜１２５は、平板１２６の外周端１２６ｅから幅Ｗ１だけ離れた位置から幅Ｗ２で形成されている。
【００１６】
図２は、図１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。接続パッド１２１の下側（−Ｙ軸側）にはメタライズ層１２８が形成されており、接続パッド１２１の高さをＹ軸方向に高くしている。そして、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。つまり、圧電振動片１３０の励振電極１３１は実装端子１２４に電気的に接続される。
【００１７】
フランジ１１４の一方の外周側１１４ｅから他方の外周側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の長さに一致している。つまり、Ｙ軸方向からみて、金属製のキャップ１１０とセラミック製のベース板１２０とは重なっている。枠状の金属膜１２５は、平板１２６の外周端１２６ｅから内側に幅Ｗ１だけ離れて幅Ｗ２で形成されている。幅Ｗ１と幅Ｗ２との比率は１：１から１：４が好ましい。また枠状の金属膜１２５は、ベース板１２０の面に平行である。金属製のキャップ１１０のフランジ１１４がセラミック製のベース板１２０の枠状の金属膜１２５に共晶合金ＥＡを介して載置される。フランジ１１４の内周側１１４ｉから外周側１１４ｅまでの幅Ｗ０は、幅Ｗ１と幅Ｗ２とを合わせた長さである。例えば、フランジ１１４の幅Ｗ０が１００μｍであると、幅Ｗ１が５０〜２０μｍとなり、幅Ｗ２が５０〜８０μｍとなる。
【００１８】
共晶合金ＥＡは、実装端子３４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。キャップ１１０のフランジ１１４又はベース板１２０の枠状の金属膜１２５の少なくともいずれか一方に共晶合金ＥＡが塗布される。共晶金属ＥＡが塗布された際は、共晶金属ＥＡは、フランジ１１４に平行（ＸＺ面）もしくは金属膜１２５に平行（ＸＺ面）に塗布されている。その塗布された共晶金属ＥＡの厚さは１２〜１５μｍである。
【００１９】
キャップ１１０とベース板１２０とを封止する際に、フランジ１１４が枠状の金属膜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の外周端１２５ｐにも流れてフィレット（裾広がりの形状）が形成される。共晶合金ＥＡのフィレットが外周端１２５ｐにも形成されるため、金属製のキャップ１１０と枠状の金属膜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。
【００２０】
実装端子１２４は、平板１２６の外周端１２６ｅからＸ軸方向に幅Ｗ２だけ内側に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。図２では示されていないが、実装端子１２４は、ベース板１２０の外周端１２６ｅからＺ軸方向にも幅Ｗ２だけ内側に形成されている。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。
【００２１】
＜圧電デバイス１００Ａの構成＞
図３は、圧電デバイス１００Ａの断面図である。図１及び図２で描かれた圧電デバイスと異なるところは、セラミック製のベース板１２０の枠状の金属膜１２５の幅である。それ以外は実質的に同じであり、同じ部材には図１又は図２と同じ符号を付している。同じ部材については説明を割愛する。
【００２２】
フランジ１１４の一方の外周側１１４ｅから他方の外周側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の長さに一致することが好ましい。フランジ１１４の外周側１１４ｅから内周側１１４ｉまでの長さは幅Ｗ０である。枠状の金属膜１２５は、平板１２６の外周端１２６ｅから内側に幅Ｗ１だけ離れて幅Ｗ３で形成されている。また枠状の金属膜１２５の内周端１２５ｑからフランジ１１４の内周端１１４ｉまでは幅Ｗ１である。幅Ｗ１と幅Ｗ３と幅Ｗ１との比率は１：１：１から１：３：１が好ましい。また枠状の金属膜１２５は、ベース板１２０の面に平行である。金属製のキャップ１１０のフランジ１１４がセラミック製のベース板１２０の枠状の金属膜１２５に共晶合金ＥＡを介して載置される。フランジ１１４の幅Ｗ０は、幅Ｗ１と幅Ｗ３と幅Ｗ１とを合わせた長さである。例えば、フランジ１１４の幅Ｗ０が１００μｍであると、幅Ｗ１が２０〜３０μｍとなり、幅Ｗ３が４０〜６０μｍとなる。
【００２３】
キャップ１１０とベース板１２０とを封止する際に、フランジ１１４が枠状の金属膜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の外周端１２５ｐ及び内周端１２５ｑにも流れて両側にフィレットが形成される。共晶合金ＥＡのフィレットが外周端１２５ｐ及び内周端１２５ｑにも形成されるため、金属製のキャップ１１０と枠状の金属膜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。
【００２４】
＜圧電デバイス２００の構成＞
図４は、圧電デバイス２００の断面図である。図２と同じ部材には同じ符号を付している。圧電デバイス２００は、セラミック製のキャップ２１０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。つまり図２又は図３では金属製のキャップであったが、圧電デバイス２００はセラミック製のキャップ２１０に代わっている。また図２で示された枠状の金属膜１２５と同様に、図４で示される枠状の金属膜１２５は、平板１２６の外周端１２６ｅから幅Ｗ１だけ離れた位置から幅Ｗ２で形成されている。セラミック製のキャップ２１０は、平板の天井板２１３と枠状の枠板２１２とからなり、圧電振動片を収容するキャビティ２１１を形成している。
【００２５】
天井板２１３は、短辺（Ｚ軸方向）と長辺（Ｘ軸方向）とからなる長方形の平板である。天井板２１３の短辺の長さと長辺の長さは、平板１２６の短辺の長さと長辺の長さと一致することが好ましい。つまりＹ軸方向から見て、セラミック製のキャップ２１０とセラミック製のベース板１２０とは重なっている。天井板２１３は上面２１３Ｕとその反対の下面２１３Ｂとを有する。天井板２１３の下面２１３Ｂはその面の全体にわたって金属膜２１５が形成される。
【００２６】
枠板２１２は、短辺と長辺とからなる長方形の枠体である。枠板２１２の短辺の長さと長辺の長さは、平板１２６の短辺の長さと長辺の長さと一致することが好ましい。枠板２１２は上面２１２Ｕとその反対の下面２１２Ｂとを有する。
【００２７】
枠板２１２の上面２１２Ｕは、金属膜２１５に接合され、また下面２１２Ｂはその面の全体にわたって金属膜２１７が形成される。枠板２１２の内周面及び外周面にも金属膜２１６が形成される。金属膜２１６を含む枠板２１２の幅は幅Ｗ０で形成されることが好ましい。また枠板２１２の内周面に４面及び外周面に４面があるが、すべての面に金属膜２１６が形成されてもよいし、金属膜２１６が形成されていない面があってもよい。圧電デバイスのシールド効果を高めるためには、枠板２１２の内周面、外周面のすべての面に金属膜２１６又は金属膜２１７が形成されていることが好ましい。また、シールド効果を高めるため、枠板２１２の内周面又は外周面すべてに金属膜２１７が形成されていることが好ましい。金属膜２１５、金属膜２１６及び金属膜２１７は、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）またはスズ（Ｓｎ）等からなり、印刷、スパッタ、蒸着、メッキまたはこれらの組み合わせ等によって形成される。
【００２８】
金属膜２１６を含む枠板２１２の幅Ｗ０は、幅Ｗ１と幅Ｗ２とを合わせた長さである。例えば、金属膜２１６を含む枠板２１２の幅Ｗ０が１００μｍであると、幅Ｗ１が５０〜２０μｍとなり、幅Ｗ２が５０〜８０μｍとなる。
【００２９】
所定の封止装置で共晶合金ＥＡが溶けると、溶けた共晶合金ＥＡが金属膜１２５の外周端１２５ｐにも流れてフィレット（裾広がりの形状）が形成される。共晶合金ＥＡのフィレットが外周端１２５ｐにも形成されるため、セラミック製のキャップ２１０と枠状の金属膜１２５とが強固に封止され、圧電振動片１３０はキャビティ２１１内に密封されることになる。なお、図を描いて説明しないが、図３に示された幅Ｗ３の枠状の金属膜１２５を有するベース板１２０との組み合わせた圧電デバイスであっても良い。
【符号の説明】
【００３０】
１００、１００Ａ，２００  …  圧電デバイス
１１０  …  金属製のキャップ
１１１  …  凹部、  １１２  …  壁面
１１３  …  天井面、    １１４  …  フランジ
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    １２５ｐ  …  外周端    １２５ｑ  …  内周端
１３０  …  圧電振動片、  １３１  …  励振電極、    １３２  …  引出電極
２１０  …  セラミック製のキャップ
ＣＡ  …  導電性接着剤
ＥＡ  …  共晶合金
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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