(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、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面視で矩形の平板（１２０）、第１平面に形成され、所定の周波数で振動する圧電振動片を載置する一対のパット（１２１）、第１平面の外周に沿って矩形の枠形状に形成された金属膜（１２５）、及び第２平面に形成されパッドと導通する外部電極を有するベースを備える。また圧電デバイスは、パットに接続された圧電片と、金属膜に共晶合金を介して接続されたキャップとを備える。枠形状の金属膜は、平板に平行な第１領域と第１領域の外周側で平板に垂直な第２領域とを有し、共晶合金は第１領域及び第２領域にわたって接続している。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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面視で矩形の平板、前記第１平面に形成され、所定の周波数で振動する圧電振動片を載置する一対のパット、前記第１平面の外周に沿って前記矩形の枠形状に形成された金属膜、及び前記第２平面に形成され前記パッドと導通する外部電極を有するベースと
前記パットに接続された圧電片と、
前記金属膜に共晶合金を介して接続されたキャップと、を備え、
前記枠形状の金属膜は、前記平板に平行な第１領域と前記第１領域の外周側で前記平板に垂直な第２領域とを有し、
前記共晶合金は前記第１領域及び前記第２領域にわたって接続している圧電デバイス。
【請求項２】
前記枠形状の金属膜は、高融点金属層からなる第１層と、該第１層上に設けられたニッケル層と、該ニッケル層上に形成された金層との積層膜である請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記共晶合金は金錫である請求項１又は２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記キャップはフランジを有する金属製のキャップである請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記キャップは、セラミック製の枠体とセラミック製の平板との積層体である請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
【請求項６】
請求項１に記載の圧電デバイスを製造するに当たり、
前記ベースは、
前記ベースを形成するためのセラミックグリーンシートを用意する工程と、
前記セラミックグリーンシート上に前記金属膜形成用の平面視マトリクス状のパタン、前記パッド用のパタン、前記外部電極用のパタンを持つメタライズ層を形成する工程と、
前記メタライズ層を形成した後のセラミックグリーンシートを焼成する工程と、
前記焼成が済んだセラミックグリーンシート及び前記マトリクス状の金属パタンをブレードによって切断して、前記金属膜の第１領域及び第２領域を形成する工程と
を含むことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
【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、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
量産性を高めるため、セラミックのグリーンシートを使って製造される圧電デバイスが提案されている。例えば、特許文献１の製造方法は、セラミックのグリーンシートに金属ペーストを印刷し且つ焼成する。そして、この製造方法は、圧電振動片を接続電極に搭載して、圧電振動片を金属キャップで覆い、金属キャップと焼結したシートの金属膜とを金スズ合金で接合している。その後、セラミックの焼結したシートを１つ１つ切断して、数百個から数千個の圧電デバイスを完成させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−４３３４０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、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ろう材により接合する場合、ろう材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、ろう材の量を多くした場合、典型的なろう材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。またその圧電デバイスの製造方法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、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面視で矩形の平板、第１平面に形成され、所定の周波数で振動する圧電振動片を載置する一対のパット、第１平面の外周に沿って矩形の枠形状に形成された金属膜、及び第２平面に形成されパッドと導通する外部電極を有するベースを備える。また圧電デバイスは、パットに接続された圧電片と、金属膜に共晶合金を介して接続されたキャップとを備える。枠形状の金属膜は、平板に平行な第１領域と第１領域の外周側で平板に垂直な第２領域とを有し、共晶合金は第１領域及び第２領域にわたって接続している。
【０００７】
本実施形態の枠形状の金属膜は、高融点金属層からなる第１層と、該第１層上に設けられたニッケル層と、該ニッケル層上に形成された金層との積層膜であることが好ましい。また共晶合金は金錫であることが好ましい。またキャップはフランジを有する金属製のキャップであることが好ましく、またセラミック製の枠体とセラミック製の平板との積層体であってもよい。
【０００８】
本実施形態の圧電デバイスのベースの製造方法は、ベースを形成するためのセラミックグリーンシートを用意する工程と、セラミックグリーンシート上に金属膜形成用の平面視マトリクス状のパタン、接続パッド用のパタン、外部電極用のパタンを持つメタライズ層を形成する工程と、メタライズ層を形成した後のセラミックグリーンシートを焼成する工程と、焼成が済んだセラミックグリーンシート及び前記マトリクス状の金属パタンをブレードによって切断して、金属膜の第１領域及び第２領域を形成する工程とを含む。
【発明の効果】
【０００９】
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】
【００１０】
【図１】圧電デバイス１００の分解斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】圧電デバイス１００の製造方法が示されたフローチャートである。
【図４】（ａ）は、焼成したセラミック母基板Ｂ１２０を＋Ｙ軸方向から見た平面図である。  （ｂ）は、（ａ）の断面Ｂ−Ｂの拡大断面図である。
【図５】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】
【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軸側の面に共晶合金ＥＡ（図２参照）を介して接合されることにより圧電デバイス１００が形成される。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。
【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。
【００１５】
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。
【００１６】
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、導電性接着剤ＣＡ（図２参照）を介して圧電振動片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と外部電極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、ベース板１２０の＋Ｙ軸側の面に形成されている。枠状の金属膜１２５は、ベース板１２０の面に平行な第１領域１２５ｈとこの第１領域１２５ｈの外周側でベース板１２０の面に垂直な第２領域１２５ｖとを有している。枠状の金属膜１２５の幅は、金属製のキャップ１１０のフランジ１１４が収まる幅に形成されている。すなわち、フランジ１１４の幅よりも枠状の金属膜１２５の幅は若干大きく形成されている。
【００１７】
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は外部電極１２４に電気的に接続される。
【００１８】
枠状の金属膜１２５は、平板１２６の外周端１２０ｅから内側に形成されており、枠状の金属膜１２５の第２領域１２５ｖはほぼ外周端１２０ｅに沿って垂直に伸びている。またベース板１２０の面に平行な第１領域１２５ｈは、外周端１２０ｅから内側に伸びている。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。共晶合金ＥＡは、外部電極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とベース板１２０とを封止する際に、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１領域１２５ｈ及び第２領域１２５ｖに沿って流れる。共晶合金ＥＡがフランジ１１４のフランジ端部１１４ｅ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。第２領域１２５Ｖを設けたため、そうしない場合に比べ、共晶合金のフィレットができやすい。
【００１９】
外部電極１２４は、平板１２６の外周端１２０ｅからＸ軸方向に幅Ｗ２だけ内側に形成されている。図２では示されていないが、外部電極１２４は、ベース板１２０の外周端１２０ｅ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、外部電極１２４にハンダなどで、プリント基板などに実装される。
【００２０】
＜圧電デバイス１００の製造方法＞
図３は、圧電デバイス１００の製造方法が示されたフローチャートである。以下に、図３のフローチャートを参照して圧電デバイス１００の製造方法について説明する。
【００２１】
ステップＳ３０１では、圧電振動片１３０が用意される。圧電振動片１３０は、圧電材により形成される圧電ウエハ（不図示）に複数の圧電振動片１３０が形成され、各圧電振動片１３０が圧電ウエハから分離されることにより用意される。
【００２２】
ステップＳ３０２では、凹部１１１を有する金属のキャップ１１０が用意される。プレスされて＋Ｙ軸方向に凹んだ凹部１１１を有する金属のキャップ１１０には、例えば、鉄にニッケル及びコバルトを配合した合金であるコバールなどが用いられる。
【００２３】
ステップＳ３０３では、誘電体セラミックス等の原料粉末、有機バインダー及び可塑剤等からなる平板上のセラミック生地であるグリーンシートＷ１２０が用意される。セラミックグリーンシートＷ１２０は、複数のセラミック製のベース板１２０が形成される基板である。
【００２４】
ステップＳ３０４では、セラミック製のグリーンシートＷ１２０に、接続パッド１２１、配線電極１２２、貫通電極１２３、外部電極１２４及び枠状の金属膜１２５が形成される。パット及びこれらの電極は、例えばＡｇＰｄ合金等の金属ペーストをグリーンシート１２０に塗布又はスクリーン印刷等されて形成される。なお、一般にグリーンシートＷ１２０は個々のベース板をカットしやすくするために、グリーンシートＷ１２０の上下面のカットする位置に断面がＶ字状の溝もしくはＵ字状の溝等のブレイクラインが形成される。しかしながら本実施形態ではこのブレイクラインがグリーンシートＷ１２０に形成されないことが好ましい。特に枠状の金属膜１２５にはブレイクラインが形成されていないことが好ましい。
【００２５】
ステップＳ３０５では、セラミック製のグリーンシートＷ１２０が焼成される。セラミック製のグリーンシートＷ１２０は焼成されることにより固まる。セラミックの焼成は、例えば１２００〜１４００℃の温度で行われる。本実施形態では、焼成した後のグリーンシートをセラミック母基板Ｂ１２０と呼ぶ。図４は、このセラミック母基板Ｂ１２０を描いた図である。
【００２６】
図４（ａ）は、＋Ｙ軸方向からみた、接続パッド１２１、貫通電極１２３、及び枠状の金属膜１２５等が形成されたセラミック母基板Ｂ１２０の部分平面図である。図４（ａ）に示されるように、セラミック母基板Ｂ１２０は、平面視で、マトリクス状のパタン、接続パッド用のパタンが形成されている。また図示しないが、−Ｙ軸方向からみたセラミック母基板Ｂ１２０は、外部電極用のパタンが形成されている。縦横のマトリクス状のパタンは、隣り合った枠状の金属膜１２５で形成されている。接続パッド１２１、貫通電極１２３、及び枠状の金属膜１２５は、スクリーン印刷等されている。また図４（ａ）及び（ｂ）では、ダイシングブレードＤＳ（図４（ｂ）を参照）でカットされるスクライブラインＳＬが点線で描かれている。スクライブラインＳＬは、枠状の金属膜１２５と重ねっており、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に複数ある。このスクライブラインＳＬには、例えばＶ字状もしくはＵ字状の溝等のブレイクラインは形成されていない。
【００２７】
図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。外部電極１２４はスクライブラインＳＬから距離Ｗ１離れて形成されている。一方、枠状の金属膜１２５はスクライブラインＳＬに重なっている。
【００２８】
再び図３に戻り、ステップ３０６でセラミック母基板Ｂ１２０がダイシングブレードＤＳでカットされる。セラミック母基板Ｂ１２０は回転するダイシングブレードＤＳで個々にカットされると、枠状の金属膜１２５の一部はダイシングブレードＤＳの回転で跳ね上がり、ベース板１２０の面に垂直な第２領域１２５ｖとなる（図２を参照）。跳ね上がらなかった金属膜１２５の一部が第１領域１２５ｈとなる。外部電極１２４はスクライブラインＳＬから距離Ｗ１離れているため、外部電極１２４の一部が跳ね上がることはない。スクライブラインＳＬの幅、別言すればダイシングブレードＤＳの厚み分が無くなるため、外部電極１２４はベース板１２０の外周端１２０ｅから幅Ｗ２だけ内側に形成される（図２を参照）。
【００２９】
ステップ３０７では、圧電振動片１３０が個片化されたベース板１２０上に載置される。接続パッド１２１には導電性接着剤ＣＡが塗布され、圧電振動片１３０の引出電極１３２が導電性接着剤ＣＡを介して接続パッド１２１に電気的に接続される。
【００３０】
ステップ３０８では、共晶合金ＥＡがキャップ１１０のフランジ１１４の下面（−Ｙ軸側）に、又は枠状の金属膜１２５に塗布される。
ステップ３０９では、キャップ１１０のフランジ１１４が枠状の金属膜１２５に載置され、高温のリフロー炉に入れられる。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１領域１２５ｈ及び第２領域１２５ｖに沿って流れる。共晶合金ＥＡがフランジ１１４のフランジ端部１１４ｅ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る。
【００３１】
＜圧電デバイス２００の構成＞
図５は、圧電デバイス２００の分解斜視図である。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。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。
【００３２】
天井板２１３は、短辺と長辺とからなる長方形の平板である。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。
【００３３】
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は上面２１２Ｕとその反対の下面２１２Ｂとを有する。枠板２１２の幅は、枠状の金属膜１２５の幅よりも若干狭く形成されている。
【００３４】
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が形成されてもよい。枠板２１２の内周面及び外周面にも金属膜２１６が形成される。また枠板２１２の内周面に４面及び外周面に４面があるが、すべても面に金属膜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。共晶合金ＥＡによる封止が強固になるように、枠板２１２の内周面、外周面及び下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。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。
【００３５】
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１領域１２５ｈ及び第２領域１２５ｖに沿って流れる。また共晶合金ＥＡが金属膜２１６及び金属膜２１７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。
【符号の説明】
【００３６】
１００、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  …  外部電極
１２５  …  枠状の金属膜、    １２５ｈ  …  第１領域、    １２５ｖ  …  第２領域
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
ＳＬ  …  スクライブライン
Ｗ１２０  …  グリーンシート、    Ｂ１２０  …  焼成したセラミック母基板
【図１】
2020014063.tif 000003
【図２】
2020014063.tif 000004
【図３】
2020014063.tif 000005
【図４】
2020014063.tif 000006
【図５】
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