(57)【要約】【課題】気密信頼性、及び耐久性に優れたパッケージを有する圧電振動子を提供する。【解決手段】パッケージ１４に形成した封止孔に金属ボール６２ａを配置し、当該金属ボール６２ａを溶融・固着させることにより封止を行う振動子であって、第１の封止孔２６を備えた第１の基板１６と、キャビティを構成する開口部３２とキャビティの枠部であって平面視した際に第１の封止孔２６の一部を塞いで重なる位置に設けられた第２の封止孔３６とを備え、第１の基板１６に積層される第２の基板１８と、第２の基板１８における開口部３２に収容される振動片と、第２の基板１８に積層される蓋体３８と、枠部３３の上端面に枠状配設され、かつ、開口部３２及び第２の封止孔３６を囲う箇所に配置されたロウ材２８を介して、蓋体３８は第２の基板１８に積層され、第１の封止孔２６の内壁面及び第１の封止孔２６と第２の封止孔３６との段差部に固着した封止材６２とを有することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージに形成した封止孔に封止材を配置し、当該封止材を溶融・固着させることにより封止を行う振動子であって、
第１の封止孔を備えた第１の基板と、
キャビティを構成する開口部と前記キャビティの枠部であって平面視した際に前記第１の封止孔の一部を塞いで重なる位置に設けられた第２の封止孔とを備え、前記第１の基板に積層される第２の基板と、
前記第２の基板における開口部に収容される振動片と、
前記第２の基板に積層される蓋体と、
前記枠部の上端面に枠状配設され、かつ、前記開口部及び前記第２の封止孔を囲う箇所に配設されたロウ材を介して、前記蓋体は前記第２の基板に積層され、
前記第１の封止孔の内壁面及び前記第１の封止孔と前記第２の封止孔との段差部に固着した封止材とを有することを特徴とする振動子。
【請求項２】
請求項１に記載の振動子であって、
前記第２の封止孔は、前記第１の封止孔よりも口径が小さいことを特徴とする振動子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の振動子であって、
前記蓋体及び／または前記枠部の上端面の少なくとも一方に、前記封止材の蒸散粒子を付着させたことを特徴とする振動子。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の振動子であって、
前記第１、第２の基板はセラミックス材料で構成され、
前記第１の封止孔の内壁面、及び前記第１の封止孔と前記第２の封止孔との段差部にメタライズ部が形成されていることを特徴とする振動子。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の振動子であって、
前記振動片における長手方向は前記第１、第２の基板における長辺方向に対して非平行な状態でマウントしたことを特徴とする振動子。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の振動子であって、
前記開口部は、前記第２の基板における幅方向のいずれか一方に片寄せして配置され前記枠部に挟幅部と広幅部を設け、
前記第２の封止孔を前記広幅部に備えたことを特徴とする振動子。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の振動子であって、
前記ロウ材を配した封止領域に、前記第２の封止孔の一部を重ねたことを特徴とする振動子。
【請求項８】
封止孔に対して封止材を溶融・固着させてパッケージの封止を行う振動子の製造方法であって、
第１の封止孔を備えた第１の基板と、キャビティを構成する開口部と前記キャビティの枠部であって平面視した際に前記第１の封止孔の一部を塞いで重なる位置に設けられた第２の封止孔とを備えた第２の基板と、が接合された前記パッケージと、前記キャビティに収容される振動片と、前記第２の基板に積層される蓋体とを用意し、
前記キャビティ内に前記振動片を収容する実装工程と、
前記キャビティの枠部の上端面に、枠状かつ前記開口及び前記第２の封止孔を囲う箇所に配設されたロウ材を溶融して、前記第２の基板と蓋体とを封止する第１封止工程と、
該振動子を真空雰囲気に晒して、前記キャビティの枠部の前記上端面と前記蓋体との間と、前記第２の封止孔と前記第１の封止孔とを通して前記キャビティ内の気体を排出する真空引き工程と、前記第１の封止孔と前記第２の封止孔との段差部に封止材を配置して、前記封止材を溶融して前記第１および前記第２の封止孔とを塞ぐ第２封止工程と、を有し、
前記封止材を溶融させた際に生ずる蒸散粒子を、前記キャビティの枠部上端面および前記蓋体の少なくとも一方に付着させることを特徴とする振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動子およびその製造方法に係り、特に圧電振動片を収容したパッケージに気密封止用の封止孔を備えた振動子（圧電振動子）およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型化および薄型化に伴い、圧電振動子の小型化、薄型化が要求されている。圧電振動子は、雰囲気温度の変化に伴う気圧の変化や空気そのものの抵抗が圧電振動片の発振に与える影響を避けるため、圧電振動片を収容したパッケージの内部を真空にして封止している。
【０００３】
このような構成の圧電振動子として、特許文献１や特許文献２に開示されているようなものが知られている。
特許文献１に開示されている圧電振動子は図９に示すように、圧電振動片２と、この圧電振動片２を収容するパッケージ５、及びパッケージ５の開口部を封止する蓋体８とから成る。図９に示す圧電振動子１では、底板を構成する第１の基板３と、圧電振動片２を収容するキャビティの枠部を構成する第２の基板４とによってパッケージ５を構成している。そして、封止孔６は第１の基板３に形成し、その一部を第２の基板４である枠部に重ねている。このような構成とすることで、枠部が段差の役割を担うこととなる。このため、封止材としての金属ボールを封止孔に配置した際、金属ボールは枠部に引っかかり、キャビティ内部に落ち込むことが無い。よって、底板を構成する基板を１層のみとすることが可能となり、圧電振動子を構成するパッケージの低背化（薄型化）を図ることが可能となるという特徴を持つ。
【０００４】
特許文献２に開示されている圧電振動子も図１０に示すように、圧電振動片２ａと、この圧電振動片２ａを収容するパッケージ５ａ、及びパッケージ５ａの開口部を封止する蓋体８ａとから成る。図１０に示す圧電振動子１ａも、底板を構成する第１の基板３ａと、圧電振動片２ａを収容するキャビティの枠部を構成する第２の基板４ａとによってパッケージ５ａを構成している。ここで、図１０に示す圧電振動子１ａでは、キャビティを幅方向のいずれかに片寄せすることで、枠部に挟幅部と広幅部を形成し、広幅部に対して第１の基板３ａと第２の基板４ａとを貫通する封止孔６ａを形成している。そして、蓋体８ａと枠部の上端面との間には、蓋体８ａをパッケージ５ａに接合するためのロウ材９ａが介在されることにより、僅かな隙間が形成される。このため、キャビティ内の真空引きは、蓋体８ａと枠部の上端面との隙間を介して封止孔６ａから行うことができ、封止孔６ａに配置する封止材はリッド７ａによって支持されるため、キャビティ内へ転がり込むことが無い。このような構成の圧電振動子１ａであっても、パッケージ５ａの底板を構成する基板を１層のみとすることが可能となり、圧電振動子を構成するパッケージの薄型化を図ることができる。
【特許文献１】特許第３９８２４４１号公報
【特許文献２】特開２００４−２６６２３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１、特許文献２に開示されているような圧電振動子の構造であれば、確かに薄型化を実現することができる。しかし、上記のような構成の圧電振動子にはそれぞれ次のような課題がある。
【０００６】
まず特許文献１に開示されている圧電振動子は、封止孔の一部であって、第２の基板によって構成される枠部と重複しない箇所は、封止材固着面積が小さい（距離が短い）。このため、パッケージに応力が加えられた際に、当該箇所に剥離が生じ、気密性が低下するといった虞がある。さらに特許文献１に開示されている圧電振動子では、封止材を溶融させた際の蒸散粒子が圧電振動片を収容しているキャビティ内に直接飛散することとなり、圧電振動子に付着した場合には、振動特性に影響を与える虞がある。
【０００７】
また、特許文献２に開示されている圧電振動子も、封止材を溶融させる箇所と圧電振動片を収容するキャビティとの距離が短く、封止材の蒸散粒子がキャビティ内に飛散する虞がある。また、特許文献２に開示されている圧電振動子は、第１の基板と第２の基板との双方に、封止材を挿通可能な口径の封止孔を形成している。このため、パッケージの強度が従来よりも低くなるといった虞がある。
【０００８】
そこで本発明では、従来の問題点を解決し、気密信頼性、及び耐久性に優れ、孔封止時に生ずる蒸散粒子の圧電振動片への付着を防止することのできるパッケージを有する圧電振動子およびそ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】
【０００９】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］パッケージに形成した封止孔に封止材を配置し、当該封止材を溶融・固着させることにより封止を行う振動子であって、第１の封止孔を備えた第１の基板と、キャビティを構成する開口部と前記キャビティの枠部であって平面視した際に前記第１の封止孔の一部を塞いで重なる位置に設けられた第２の封止孔とを備え、前記第１の基板に積層される第２の基板と、前記第２の基板における開口部に収容される振動片と、前記第２の基板に積層される蓋体と、前記枠部の上端面に枠状配設され、かつ、前記開口部及び前記第２の封止孔を囲う箇所に配設されたロウ材を介して、前記蓋体は前記第２の基板に積層され、前記第１の封止孔の内壁面及び前記第１の封止孔と前記第２の封止孔との段差部に固着した封止材とを有することを特徴とする振動子。このような構成の圧電振動子は、低背化を実現しつつ、気密信頼性を向上させ、耐久性に優れ、孔封止時に生ずる蒸散粒子が圧電振動片に付着することを防止可能なパッケージを有することとなる。
【００１０】
［適用例２］請求項１に記載の振動子であって、前記第２の封止孔は、前記第１の封止孔よりも口径が小さいことを特徴とする振動子。
［適用例３］適用例１または適用例２に記載の振動子であって、前記蓋体及び前記枠部の上端面の少なくとも一方に、前記封止材の蒸散粒子を付着させたことを特徴とする振動子。このような特徴を有することにより、封止材を溶融させた際に生ずる蒸散粒子は、パッケージのキャビティに到達する前に蓋体や枠部の上端面に付着することとなる。よって、封止材の蒸散粒子が圧電振動片の励振電極等に付着し、振動特性に悪影響を与える虞が無い。
【００１１】
［適用例４］適用例１乃至適用例３のいずれかに記載の圧電振動子であって、前記第１、第２の基板はセラミックス材料で構成され、前記第１の封止孔の内壁面、及び前記第１の封止孔と前記第２の封止孔との段差部にメタライズ部が形成されていることを特徴とする振動子。セラミックス材料は、絶縁性や気密性、及び耐久性に優れているが、封止材として用いられる金属材料に対する濡れ性が低い。このため、封止材を付着させる箇所にメタライズを施すことで、当該部分の濡れ性を向上させることができ、封止材を封止孔に密着させることが可能となる。よって、気密信頼性の向上を図ることができる。
【００１２】
［適用例５］適用例１乃至適用例４のいずれかに記載の振動子であって、前記振動片における長手方向は前記第１、第２の基板における長辺方向に対して非並行な状態でマウントしたことを特徴とする振動子。このような構成とすることで、パッケージの長辺方向の長さを長くできない場合であっても、振動片の長手方向の長さ（音叉型の振動片であれば振動腕の長さ）を長くすることができる。また、パッケージの長辺方向の長さを短くした場合であっても、振動片の長手方向の長さを変えること無く収容することも可能となる。
【００１３】
［適用例６］適用例１乃至適用例４のいずれかに記載の振動子であって、前記開口部は、前記第２の基板における幅方向のいずれか一方に片寄せして配置されて前記枠部に挟幅部と広幅部を設けられ、前記第２の封止孔を前記広幅部に備えたことを特徴とする振動子。このような構成とした場合、パッケージの構成を長辺方向に対して線対称に形成した場合よりも小型化することができる。また、幅広にした枠部をパッケージの長辺方向に沿わせることにより曲げ応力に対するパッケージの強度も向上させることができる。
【００１４】
［適用例７］適用例１乃至適用例６のいずれかに記載の振動子であって、前記ロウ材を配した封止領域に、前記第２の封止孔の一部を重ねたことを特徴とする振動子。このような構成とした場合、第２の封止孔を形成するための枠部（張り出し部）の幅を小さくすることができる。よって、パッケージの小型化を実現しつつ、上記効果を奏することが可能となる。
【００１５】
［適用例８］封止孔に対して封止材を溶融・固着させてパッケージの封止を行う振動子の製造方法であって、第１の封止孔を備えた第１の基板と、キャビティを構成する開口部と前記キャビティの枠部であって平面視した際に前記第１の封止孔の一部を塞いで重なる位置に設けられた第２の封止孔とを備えた第２の基板と、が接合された前記パッケージと、前記キャビティに収容される振動片と、前記第２の基板に積層される蓋体とを用意し、前記キャビティ内に前記振動片を収容する実装工程と、前記キャビティの枠部の上端面に、枠状かつ前記開口及び前記第２の封止孔を囲う箇所に配設されたロウ材を溶融して、前記第２の基板と蓋体とを封止する第１封止工程と、該振動子を真空雰囲気に晒して、前記キャビティの枠部の前記上端面と前記蓋体との間と、前記第２の封止孔と前記第１の封止孔とを通して前記キャビティ内の気体を排出する真空引き工程と、前記第１の封止孔と前記第２の封止孔との段差部に封止材を配置して、前記封止材を溶融して前記第１および前記第２の封止孔とを塞ぐ第２封止工程と、を有し、前記封止材を溶融させた際に生ずる蒸散粒子を、前記キャビティの枠部上端面および前記蓋体の少なくとも一方に付着させることを特徴とする振動子の製造方法。このような製造方法によれば、封止材の蒸散粒子は蓋体や枠部の上端面に付着することとなる。よって、蒸散粒子が振動片の励振電極等に付着して振動特性に悪影響を与える虞が無い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の圧電振動子及びその製造方法に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。まず、図１〜図４を参照して、第１の実施形態に係る圧電振動子の説明をする。なお、図１は圧電振動子の構成を示す図であり、（Ａ）は蓋体を取り除いた状態の平面、（Ｂ）は（Ａ）に蓋体を接合した状態におけるＡ−Ａ断面をそれぞれ示す。また、図２は振動片を図示しないケースの構成を示す図であり、（Ａ）は平面、（Ｂ）は（Ａ）に蓋体を接合した状態のＡ−Ａ断面、（Ｃ）は（Ａ）に蓋体を接合した状態のＢ−Ｂ断面、（Ｄ）はパッケージの裏面をそれぞれ示す図である。また、図３は第１の封止孔と第２の封止孔、及び封止材である金属ボール（広義には、封止材）の関係を示す図であり、図２とは上下が反対に記載されている。図４は蒸散粒子付着領域を示す図である。
【００１７】
本実施形態に係る圧電振動子１０は、圧電振動片４０と、この圧電振動片４０を搭載するパッケージ１４と蓋体３８とより成る。
圧電振動片４０としては、圧電効果を奏する部材、例えば水晶やタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、及び圧電セラミックス等に電極パターンを形成して励振可能としたものであれば、その形態も種々選択可能である。また、圧電振動片４０は、シリコンなど圧電効果を奏さない部材に、圧電膜を付けた振動片に代えることもできる。ここで本実施形態では、部材を周波数−温度特性に優れた水晶とした以下のような形態の圧電振動片４０を採用している。
【００１８】
すなわち、一対の振動腕４４と、この振動腕４４の基端部を支える基部４２、振動腕４４と基部４２とを支持する固定用腕４６、及び固定用腕４６と基部４２とを連結するくびれ部４８とを有する。ここで固定用腕４６は、支持状態の安定性を確保するために、基部４２から振動腕４４と反対方向へ延設されたくびれ部４８を介して基部４２の両側方へ延設される。基部４２の側方へ延設された固定用腕４６はさらに、振動腕４４の延設方向へと延設され、その先端部を圧電振動片４０の長手方向中心付近に位置させている。
【００１９】
このような形態とすることで、圧電振動片４０の支持を圧電振動片４０の長手方向中心付近で行うことが可能となる。このため、その実装状態を安定させることができ、圧電振動片４０の実装状態での水平位置を確保しやすくなる。また、励振部である振動腕４４から固定部である固定用腕４６の先端近傍までの距離を長くすることで、振動漏れを防止することができる。さらに、基部４２と固定用腕４６との間にくびれ部４８を介在させたことにより、振動漏れ防止の効果を高めることができる。
【００２０】
振動腕４４には、その断面において対向する面に同電位の電圧が印加されるように励振電極５０ａ，５０ｂが形成されている。なお励振電極５０ａ，５０ｂは、対を成す２つの振動腕４４において互いに対応する面には、異なる極性の電位の電圧が印加されるように配線されている。固定用腕４６には、励振電極５０ａ，５０ｂに対する電力の供給を行うための入出力電極５４ａ，５４ｂが形成されており、基部４２等に形成された引出し電極５２ａ，５２ｂを介して励振電極５０ａ，５０ｂと電気的に接続されている。
【００２１】
圧電振動子１０は、上述した圧電振動片４０と、それを収容するためのキャビティを有するパッケージ１４と、キャビティの上部開口部を封止する蓋体３８とから成る。本実施形態に係るパッケージ１４は、２つの基板（第１の基板１６と第２の基板１８）から構成される。第１の基板１６、第２の基板１８は共に、構成部材としてアルミナや窒化アルミ等を原材料としたセラミックス基板を用いると良く、パッケージ１４はこれらの基板を積層させて焼結することで形成される。
【００２２】
第１の基板１６は、パッケージ１４の底板を構成し、一方の主面にはマウント電極２０、他方の主面には外部実装用電極２４ａ〜２４ｄが形成されている。図２（Ｄ）に４つ示す外部実装用電極２４ａ〜２４ｄは、２つ（例えば実装用電極２４ａ，２４ｃ）が能動電極（ＨＯＴ電極）であり、残る２つ（例えば実装用電極２４ｂ，２４ｄ）が接地電極（ＧＮＤ電極）として設定されている。そしてマウント電極２０はそれぞれ、第２の基板１８との接合部に引き回された金属パターン２２、及び図示しないスルーホールを介して、ＨＯＴ電極として設定された外部実装用電極２４ａ，２４ｃと電気的に接続されている。
【００２３】
第１の基板１６には、ＧＮＤ電極として設定された外部実装用電極２４ｂ，２４ｄの１つ（図２の場合は外部実装用電極２４ｂ）に、第１の封止孔２６が形成されている。第１の封止孔２６は第１の基板１６を貫通する孔であり、その口径は、封止材６２の溶融前の形態である金属ボール６２ａ（例えばハンダボールや金―ゲルマニウム合金ボール）の直径よりも大きく設定されている。第１の封止孔２６の内壁面には、金属皮膜（メタライズ）２６ａが形成されている。第１の封止孔２６の内壁面にメタライズ２６ａを施すことにより、封止材６２に対する濡れ性を向上させることができ、密着性の向上、すなわち圧電振動子１０の気密信頼性を向上させることができる。なお、第１の封止孔２６における内壁面のメタライズ２６ａは、第１の基板１６を製造する際、外部実装用電極２４ａ〜２４ｄの形成と同時に金属パターンをスクリーン印刷し、一方の主面側からの吸引により内壁面への引込みを行うことで形成することができる。
【００２４】
第２の基板１８には、キャビティを構成するための開口部３２（後述する幅広部３２ａと幅狭部３２ｂとを合わせた形態）が形成され、側壁となる枠部３３の上端面には、ロウ材（図中には不図示）の濡れ性が良いメタライズ２９が設けられている。さらに、メタライズ２９を施した接合領域の長辺部分と短辺部分にはそれぞれ、メタライズ３０が浮島状に形成されている。さらに、開口部３２は、圧電振動片４０の形状に合わせて形成されており、基板の長手方向に沿って、幅の広い幅広部３２ａと、幅の狭い幅狭部３２ｂとを連接させて形成され、幅広部３２ａに基部４２と、くびれ部４８、固定用腕４６、及び振動腕４４の基端部側を収容し、幅狭部３２ｂに振動腕４４の先端部側を収容可能とされている。このように、開口部３２の幅に差を持たせたために、側壁を構成する枠部３３には張り出し部３４が形成されることとなる。
【００２５】
本実施形態では、第２の基板１８の枠部３３における張り出し部３４に、第２の封止孔３６を形成している。第２の封止孔３６は第２の基板１８を貫通する孔であり、その口径は、上述した金属ボール６２ａの直径よりも小さく設定されており、その形成位置は中心が、第１の基板１６に形成した第１の封止孔２６の中心と一致する位置とすることが望ましく、少なくとも孔の一部を重複させる位置とする。第１の封止孔２６と第２の封止孔３６とをこのような位置関係で形成することで、第１の封止孔２６と第２の封止孔３６を介してキャビティの真空引きを行うことが可能となるからである。また、第２の封止孔３６の口径を金属ボール６２ａの直径よりも小さくすることで、第１の封止孔２６に収容した金属ボール６２ａを支持することができるようになる。このため、図１０に示す従来技術のように封止材を蓋体に当てて溶融させる場合に比べて、第２の基板１８の厚み分だけ、金属ボール６２ａとキャビティとの距離を離すことが可能となる。よって、金属ボール６２ａを溶融させた際に生ずる蒸散粒子がキャビティ内へ浸入することを抑制する効果を高めることができる。
【００２６】
なお、第１の封止孔２６と第２の封止孔３６とをずらして配置して、第１の封止孔２６に収容した金属ボール６２ａを第１の封止孔２６と第２の封止孔３６との段差部で支持する構成にすれば、第２の封止孔３６の口径を金属ボール６２ａの直径や第１の封止孔２６の口径より大きくしても良い。ただし、封止の信頼性、すなわち、気密信頼性は、第２の封止孔３６の口径を金属ボール６２ａの直径よりも小さくすることで、第１の封止孔２６に収容した金属ボール６２ａを支持することができるようにしたほうが優れる。
【００２７】
また、第２の封止孔３６を第１の封止孔２６に比べて小径とすることで、枠状部材となる第２の基板１８の強度を高めることも可能となる。なお、第１の基板１６と対向する側の面であって、第２の封止孔３６の周囲には、スクリーン印刷等によって形成されたメタライズ３６ａが形成されている。当該部分にメタライズ３６ａを形成することで、第１の封止孔２６と第２の封止孔３６との段差部分にメタライズ３６ａが現れることとなる。よって、当該部分の封止材６２に対する濡れ性を高めることができる。このため、封止孔（第１の封止孔２６と第２の封止孔３６）による封止面積（距離）を増やすことができ、圧電振動子１０の気密信頼性を向上させることができる。
【００２８】
ロウ材は図示しないが、詳細を後述する蓋体３８とパッケージ１４とを接合するために用いられる接合材である。ロウ材としては、コバール等の低融点の合金や低融点のガラス等が用いられる。ロウ材２８は開口部３２の周囲に略矩形状に施され、張り出し部３４はロウ材２８による囲繞領域の内側に位置することとなる。また、ロウ材の濡れ性が良いメタライズ２９が第２の基板１８の枠部３３の上端部に設けられている。さらに、メタライズ３０は、メタライズ２９を施した接合領域の長辺部分と短辺部分にそれぞれ浮島状に形成されている。
【００２９】
ロウ材はそれ自体に微小な厚みを有することとなるため、ロウ材が施されていない張り出し部３４と蓋体３８との間には、微小な隙間が形成されることとなる。しかし、ロウ材の溶融度合い等によってはその隙間の間隔に誤差が生ずる場合がある。張り出し部３４と蓋体３８との隙間は、第２の封止孔３６を介した真空引きの気道として用いられるため、当該隙間が狭まった場合には真空引きに要する時間が長時間化することとなる。
【００３０】
このため本実施形態では、蓋体３８接合時の熱によっては溶融しない（ロウ材よりも融点が高い）メタライズ２９、３０の厚みによって張り出し部３４と蓋体３８との隙間を所定範囲に確保した上でロウ材によって枠部３３と蓋体３８とを接合する構成とした。つまり、第１の基板１６と第２の基板１８は、それぞれ、一定の厚みに形成されているため、張り出し部３４と蓋体３８との隙間、すなわち、キャビティの枠部の上端面と蓋体３８との隙間は、メタライズ２９、３０とロウ材とが積層された厚みに相当することになる。このような構成とすることでキャビティの真空引きをスムーズに行うことができ、真空引きに要する時間を短縮することができる。また、蓋体３８と第２の基板１８との気密信頼性を高めることができる。
【００３１】
蓋体３８は、平板状の部材であれば良く、パッケージ１４を構成する部材と熱膨張率の近い金属（例えばコバール等）や、ガラス（例えばソーダガラス）等により構成すれば良い。蓋体３８に金属を用いた場合には、耐久性が高く、パッケージ内部の配線によっては蓋体３８を外部電極として利用することも可能となる。また、蓋体３８にガラスを用いた場合には、透光性を有する主面からレーザによる電極のトリミングが可能となり、枠部３３に蓋体３８を接合した後に周波数調整を行うことが可能となる。また、メタライズ２９、３０を設けなくて良い。
【００３２】
このような構成の圧電振動子１０では、パッケージ１４に蓋体３８を接合した後、キャビティの真空引きをして第１の封止孔２６を封止材６２で封止すると、金属ボール６２ａを溶融させた際に生ずる蒸散粒子が、蓋体３８やパッケージ１４における枠部３３（張り出し部３４）の上端面の蒸散粒子付着領域３８ａ，３４ａに付着することとなる。換言すると、本実施形態の圧電振動子１０は、蓋体３８と枠部３３（張り出し部３４）の上端面に設けた蒸散粒子付着領域３８ａ，３４ａに封止材６２の蒸散粒子を付着させているのである。このため、本実施形態に係る圧電振動子１０では、圧電振動片４０を収容するキャビティ内に封止材６２の蒸散粒子が混入・飛散することが無く、当該蒸散粒子が圧電振動片４０の励振電極等に付着することによる悪影響も生じない。
【００３３】
また、上記のような構成の圧電振動子１０では、封止孔を第１の封止孔２６と第２の封止孔３６から成る段孔とし、第１の封止孔２６の内壁面と第２の封止孔３６の開口部の周囲とにメタライズ２６ａ，３６ａを形成したことにより、封止材６２の密着性と封止材６２の付着距離（面積）を増やすことができた。よって、圧電振動子１０の気密信頼性を向上させることができた。
【００３４】
気密信頼性の向上は、図５に示す高温高湿環境下における耐湿試験の結果のグラフからも明らかである。なお、図５における不良の判定は、図６に示すように、時間経過に伴う周波数の振れ幅ΔＦの変化量の上昇、および時間経過に伴うＣＩ値の上昇に基づいて行っている。いずれもキャビティの真空度の変化に起因して生ずる不具合だからである。また、図５、図６で示した従来品とは、図９に示した形態のように、封止孔の一部を第１の基板のみで構成しているもの、すなわち封止材による封止距離が短いものである。
【００３５】
図５から解るように従来品では、２５０時間経過後から５００時間あたりまでと、１０００時間経過後から２０００時間までの間に段階的に不良発生率が向上している。これに対して本発明に係る圧電振動子では、２０００時間経過までの間に不良発生率の向上が認められない。よって、従来品に比べて本実施形態に係る圧電振動子の気密信頼性が優れていることは明らかであるということができる。
【００３６】
また、上記のような構成の圧電振動子１０では、第２の封止孔３６の口径を第１の封止孔２６よりも小さくしたため、第２の基板１８の強度を向上させることができ、圧電振動子１０全体としてもその強度を高めることができる。
【００３７】
次に、上記のような構成の圧電振動子の製造方法について説明する。
上記のような構成の圧電振動子１０は、実装工程と実装工程の後の第１封止工程、及び第１封止工程の後の第２封止工程といった流れで製造される。
【００３８】
まず、パッケージ１４と、振動片４０と、蓋体３８とを用意する。パッケージ１４は、第１の封止孔２６を備えた第１の基板１６と、キャビティを構成する開口部３２とキャビティの枠部に設けられた第２の封止孔３６とを備えた第２の基板１８とを積層し、焼結することで形成されている。ここで、第２の封止孔３６は、第１の封止孔２６および封止材よりも小さな口径を有し、かつ、平面視した際に第１の封止孔２６と重なるように配置されている。また、キャビティの枠部の上端面、すなわちパッケージの上端面にはメタライズ２９、３０が施されている。
【００３９】
実装工程は、パッケージ１４に形成されたマウント電極２０に導電性接着剤６０を塗布する接着剤塗布工程と、塗布された導電性接着剤６０に対して、圧電振動片４０の固定用腕４６に形成された入出力電極５４ａ，５４ｂを一致させて圧電振動片４０を搭載する搭載工程、及び導電性接着剤６０を硬化させる加熱工程とを有する。この実装工程によって圧電振動片４０はキャビティ内に収容される。
【００４０】
第１封止工程は、まず、メタライズ２９、３０が施されたキャビティの枠部の上端面に、枠状かつ前記開口及び前記第２の封止孔を囲う箇所にロウ材を配置するロウ材配置工程を行う。次に、パッケージ１４に蓋体３８を重ねる蓋体載置工程と、ロウ材を介して載置した蓋体３８を接合する溶接工程とによって、パッケージ１４と蓋体３８とが気密に接合される第１封止工程が完了する。
【００４１】
第２封止工程は、まず、圧電振動子１０を真空雰囲気に晒してキャビティの枠部の上端面と蓋体３８との間と、前記第２の封止孔３６と前記第１の封止孔２６とを通して前記キャビティ内の気体を排出する真空引き工程を有する。次に、封止材６２である金属ボール６２ａを第１の封止孔２６と第２の封止孔３６の段差部に載置する金属ボール配置工程を行い、配置した金属ボール６２ａを溶融させ、封止材溶融時に生ずる封止材６２の蒸散粒子を蓋体３８や枠部３３上端面に付着させ、第１の封止孔２６にて固化した封止材６２で封止孔を塞ぐ溶融・固着を行う。このようにして、キャビティ内を真空にして封止孔を塞ぐ第２封止工程が完了する。
【００４２】
このような製造方法では第２封止工程において、溶融させた封止材６２の蒸散粒子を蓋体３８や枠部３３の上端面に付着させているため、圧電振動片４０を収容したキャビティ内に蒸散粒子が混入し、圧電振動片４０に付着するといった虞が無い。このため、蒸散粒子が励振電極５０ａ，５０ｂに付着することにより生ずる悪影響も無い。
【００４３】
また、上記のような構成の圧電振動子１０では、図１、図２に示すように、第２の封止孔３６の一部をロウ材を配した封止領域に重ねるようにしても良い。このような構成とした場合であっても、第１の封止孔２６と第２の封止孔３６とを利用したキャビティの真空引きができるからである。また、このような構成とした場合には、枠部３３における張り出し部３４を狭めることができ、パッケージ１４の小型化を実現することが可能となる。
【００４４】
次に、図７を参照して本発明の圧電振動子に係る第２の実施形態について説明する。
本実施形態に係る圧電振動子の殆どの構成は、上述した第１の実施形態に係る圧電振動子と同様である。よって、図７には相違点を示すパッケージの構成を示し、その機能を同一とする部分には図面に１００を足した符号を付してその詳細な説明は省略することとする。
【００４５】
本実施形態に係る圧電振動子と第１の実施形態に係る圧電振動子との相違点は、パッケージの構成にある。具体的には、第１の実施形態に係る圧電振動子では、第２の基板１８に形成した開口部３２を幅広部３２ａと幅狭部３２ｂを連接させた形状としていたのに対し、本実施形態に係る圧電振動子では、第２の基板１１８に形成する開口部１３２を略矩形とし、第１の実施形態における幅広部３２ａで統一する構成とした。
【００４６】
また、本実施形態では、開口部１３２を第２の基板１１８の短辺方向（幅方向）の一方に片寄せし、第２の基板１１８の長辺方向全面に沿って張り出し部１３４を形成する構成としている。このような構成とすることで、枠部１３３は、張り出し部１３４を構成する幅広部とメタライズ部１２９が施された封止領域の占有率が高い幅狭部とから構成されることとなる。このため、パッケージの短辺方向両側に張り出し部を設ける構成に比べ、張り出し部１３４の占有面積を小さくしつつ、長辺方向に対する曲げ強度を高めることができる。
【００４７】
また、張り出し部１３４には第２の封止孔１３６を形成し、第１の基板１１６には図示しない第１の封止孔を形成していることで、上述した第１の実施形態に係る圧電振動子と同様に、パッケージの気密信頼性の向上、及び封止材の蒸散粒子の圧電振動片に対する付着防止効果を奏することができる。その他の構成、作用、効果、及び製造方法については、上述した第１の実施形態に係る圧電振動子と同様である。
【００４８】
次に、図８を参照して本発明の圧電振動子に係る第３の実施形態について説明する。
本実施形態に係る圧電振動子の殆どの構成は、上述した第１、第２の実施形態に係る圧電振動子と同様である。よって、その機能を同一とする部分には図１に付した符号に２００を足した符号を図面に付して、その詳細な説明は省略することとする。
【００４９】
本実施形態に係る圧電振動子と上述した第１、第２の実施形態に係る圧電振動子との相違点は、パッケージ２１４に対する圧電振動片２４０の実装形態にある。具体的には、本実施形態に係る圧電振動子では、圧電振動片２４０の長手方向の軸とパッケージ２１４における長辺方向の軸とを非平行にしてマウントしているのである。換言すると、圧電振動片２４０における長手方向を、第１の基板２１６、第２の基板２１８における長辺方向に対して、水平方向に回転させた状態でマウントしているということができる。
【００５０】
圧電振動片２４０の実装形態をこのようにした場合、圧電振動片２４０の長手方向の軸をパッケージ２１４の長辺方向に対して斜めに配置することができる。このため、パッケージ２１４の長手方向の長さを長くできない場合であっても、その振動腕２４４の長さを、平行配置した圧電振動片との差分であるΔｌだけ長くすることが可能となり、振動特性を向上させることが可能となる。つまり、パッケージ２１４の長手方向の長さを短くした場合であっても、同じ振動腕２４４の長さの圧電振動片２４０を実装することが可能となるのである。なお、このような効果は、圧電振動片２４０の幅が狭いほど大きな効果を奏することができる。
【００５１】
このような構成の圧電振動子であっても、第２の基板２１８における枠部２３３には張り出し部２３４を形成することができる。このため、張り出し部２３４に第２の封止孔２３６、第１の基板２１６に図示しない第１の封止孔を形成することで、上述した第１、第２の実施形態に係る圧電振動子と同様な効果を奏することができる。
その他の構成、作用、効果、及び製造方法は、上述した第１、第２の実施形態に係る圧電振動子と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】第１の実施形態に係る圧電振動子の構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る圧電振動子のパッケージの構成を示す図である。
【図３】第１の封止孔と第２の封止孔、及び封止材である金属ボールの関係を示す図である。
【図４】蒸散粒子付着領域を示す図である。
【図５】従来の圧電振動子と本発明に係る圧電振動子の耐湿試験における経過時間と累積不良率の関係を示すグラフである。
【図６】従来の圧電振動子と本発明に係る圧電振動子の耐湿試験におけるΔＦの変化発生率とＣＩ値の変化発生率を示すグラフである。
【図７】第２の実施形態に係る圧電振動子のパッケージの構成を示す図である。
【図８】第３の実施形態に係る圧電振動子の構成を示す図である。
【図９】枠部を段差として封止孔を構成した従来の圧電振動子の構成を示す図である。
【図１０】蓋体を封止部の一部として利用した従来の圧電振動子の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０………圧電振動子、１４………パッケージ、１６………第１の基板、１８………第２の基板、２０………マウント電極、２２………金属パターン、２４ａ，２４ｃ………ＨＯＴ電極（実装用外部電極）、２４ｂ，２４ｄ………ＧＮＤ電極（実装用外部電極）、２６………第１の封止孔、２６ａ………メタライズ、２８………ロウ材、２９，３０………メタライズ、３２………開口部、３２ａ………幅広部、３２ｂ………幅狭部、３３………枠部、３４………張り出し部、３６………第２の封止孔、３６ａ………メタライズ、３８………蓋体、４０………圧電振動片、４２………基部、４４………振動腕、４６………固定用腕、４８………くびれ部、５０ａ，５０ｂ………励振電極、５２ａ，５２ｂ………引出し電極、５４ａ，５４ｂ………入出力電極、６０………導電性接着剤、６２………封止材、６２ａ………金属ボール。
【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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【図６】
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【図７】
2010103600.tif 000009
【図８】
2010103600.tif 000010
【図９】
2010103600.tif 000011
【図１０】
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