(57)【要約】【課題】  本発明は、金属ろう材を用いた表面実装型圧電振動デバイスにおける素体（本体筐体）強度を向上させ、リーク不良（気密不良）を防止することができる。【解決手段】  圧電振動素子４を保持するベース２と、前記ベースに保持した前記圧電振動素子を気密封止するためにベースと接合する蓋５とが設けられた表面実装型圧電振動デバイス１において、前記ベースの前記蓋との接合領域は、少なくともメタライズ層の上部に第１の金属ろう材６１を介して金属リング３が取り付けられ、当該金属リングの上部に蓋が配置された状態で、ベースと蓋とは前記第１の金属ろう材と異質の第２の金属ろう材６２を用いて加熱溶融接合された。【選択図】  図１
2010087650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動素子を保持するベースと、前記ベースに保持した前記圧電振動素子を気密封止するためにベースと接合する蓋とが設けられた表面実装型圧電振動デバイスにおいて、
前記ベースの前記蓋との接合領域は、少なくともメタライズ層の上部に第１の金属ろう材を介して金属リングが取り付けられ、
当該金属リングの上部に蓋が配置された状態で、ベースと蓋とは前記第１の金属ろう材と異質の第２の金属ろう材を用いて加熱溶融接合されたことを特徴とする表面実装型圧電振動デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁性のベース上に圧電振動素子が実装された表面実装型圧電デバイスに関するものであって、特に表面実装型圧電振動デバイスのパッケージ構造を改善するものである。
【背景技術】
【０００２】
気密封止を必要とする電子部品の例として、水晶振動子、水晶フィルタ、水晶発振器等の圧電振動デバイスがあげられる。これら各製品では、いずれも水晶振動片の主面に励振電極が形成され、この励振電極を外気から保護するために励振電極は圧電振動デバイスの本体筐体により気密封止されている。
【０００３】
表面実装型圧電振動デバイスは、ベースと蓋とからその本体筐体が構成され、セラミックなどの絶縁性のベースに対して金属製の蓋を金属めっき材や金属ろう材などの封止材により接合して本体筐体の内部空間を形成するとともに内部空間を気密封止し、内部空間に圧電振動素子を保持するものとなっている。これらの封止材による封止方法としては、従来、シーム封止やビーム封止などの局所的接合による手法が主流となっていた。ところが、このような局所的接合である封止方法では、ベースと蓋との接合時にベースの接合箇所に局所的に圧力がかかり、ベースクラックなどのベースの破損が生じる場合がある。この破損は、電子部品の小型化に伴ってベースの接合部位の寸法が小さくなればなるほど生じ易くなる。このような問題を回避するために、最近では、より小型化に対応しやすい金錫などの金属ろう材を用いた雰囲気加熱による封止手法が多くなっている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００７−３００４０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、金属ろう材を用いた雰囲気加熱による封止手法の場合、ベースの封止面に形成されたメタライズ層と金属蓋とを金属ろう材を介在しながら直接接合するため、素体（本体筐体）強度試験においてベースが割れやすいという問題があった。またベース封止面の平坦度等により金属ろう材のぬれ不足が発生し、リーク不良（気密不良）が生じやすいという問題もあった。
【０００５】
そこで、上記課題を解決するために、本発明は、金属ろう材を用いた表面実装型圧電振動デバイスにおける素体（本体筐体）強度を向上させ、かつ封止面の金属ろう材のぬれ面積を増大させることでリーク不良（気密不良）を防止することができるより信頼性の高い表面実装型圧電振動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】
上記の目的を達成するために、本発明の特許請求項１に示すように、圧電振動素子を保持するベースと、前記ベースに保持した前記圧電振動素子を気密封止するためにベースと接合する蓋とが設けられた表面実装型圧電振動デバイスにおいて、前記ベースの前記蓋との接合領域は、少なくともメタライズ層の上部に第１の金属ろう材を介して金属リングが取り付けられ、当該金属リングの上部に蓋が配置された状態で、ベースと蓋とは前記第１の金属ろう材と異質の第２の金属ろう材を用いて加熱溶融接合されたことを特徴とする。なお、異質の第２の金属ろう材としては、第１の金属ろう材と材質の違うものの組み合わせだけでなく、第１の金属ろう材と同じ材質でも組成比の違いによって融点が異なっているものも含む。
【０００７】
上記構成により、前記ベースの前記蓋との接合領域は、少なくともメタライズ層の上部に第１の金属ろう材を介して金属リングが取り付けられ、当該金属リングの上部に蓋が配置された状態で、ベースと蓋とは前記第１の金属ろう材と異質の第２の金属ろう材を用いて加熱溶融接合されているので、前記金属リングが緩衝材となってベースの強度向上させ、素体（表面実装型圧電振動デバイスとしての本体筐体）強度試験におけるベース割れを抑制することができる。このため自動搭載機の吸着ノズルなどで表面実装型圧電振動デバイスを接触させた際の押圧、または表面実装型圧電振動デバイスを基板へ実装させた際の押圧により、当該表面実装型圧電振動デバイスの本体筐体に割れなどが生じることがない。また前記第２の金属ろう材はベース母材に比べてなじみのよい金属リングの表面上でぬれて拡散することができるため、当該拡散した第２の金属ろう材は蓋の平面方向だけでなくベースの底面方向に向かって接合面積を拡大することで接合強度の向上とリーク不良を防止することができる。その一方で前記拡散した第２の金属ろう材は前記異質の第１の金属ろう材が拡散防止部となって、第２の金属ろう材が拡散しすぎないように制御することができるので、蓋と金属リングの部分から気密封止に必要な第２の金属ろう材が不足することもない。
【０００８】
また、前記金属リングの幅は前記ベース上面のメタライズ層よりも幅が狭い状態で形成され、かつ当該メタライズ層から金属リングの上面部に向かって第１の金属ろう材によるメニスカスが形成された状態でベースの上部に金属リングが取り付けられていることが望ましい。
【０００９】
このような構成であれば、第１の金属ろう材によるメニスカスの頂点部分と金属リングとの境界部分から、第１の金属ろう材によるメニスカスの広がる底面部分に向かって第２の金属ろう材が拡散するのを徐々に制御できる拡散防止部となり、第２の金属ろう材が拡散しすぎないように制御するのに好ましい形態とすることができる。具体的には第２の金属ろう材がベース上面に形成されたメタライズ層に到達するまでに第１の金属ろう材に止められ、メタライズ層に第２の金属ろう材が拡散することがない。第２の金属ろう材を溶融させて蓋を金属リングに接合する際に、セルフアライメント機能により金属リングに対して蓋が適正に位置決め固定することができる。また、第２の金属ろう材が接合されて蓋とベースが気密封止されると、第１の金属ろう材のメニスカスと第２の金属ろう材のメニスカスが金属リングの上部でお互いに逆方向から一部が重なった状態で形成されるので、金属リングが存在する封止領域近傍の強度をより向上させるのに望ましい形態となる。
【００１０】
第１の金属ろう材は第２の金属ろう材と比較して融点の高いものを選択することで、第２の金属ろう材の溶融させて気密封止する際に、第１の金属ろう材が再溶融することがなく、第１の金属ろう材によるメニスカス形状を変形させることがないため、第２の金属ろう材に対する拡散防止部としての機能を低下させることがない。
【００１１】
また、上述の構成に加え、前記金属リングの上面にニッケル層と、前記ニッケル層に積層した金層とから構成され、前記第２の金属ろう材として、ＡｕＳｎろう材、ＡｕＧｅろう材、ＡｕＧｅＳｉろう材等の金系の金属ろう材、ＣｕＳｕろう材を用いてもよい。この場合、金属リング上面での第２の金属ろう材のぬれ性が格段に高まるため、第２の金属ろう材が金属リングの表面で拡散しやすくなり、接合強度の向上とリーク不良を防止する上でより好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明は、金属ろう材を用いた表面実装型圧電振動デバイスにおける素体（本体筐体）強度を向上させ、かつ封止面の金属ろう材のぬれ面積を増大させることでリーク不良（気密不良）を防止することができるより信頼性の高い表面実装型圧電振動デバイスを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明による好ましい実施形態につき表面実装型水晶振動子（表面実装型圧電振動デバイス）を例にとり図面とともに説明する。図１は本発明の実施形態を示す圧電振動素子を搭載し蓋を封止する前のベースの断面図、図２は図１の蓋を封止した状態の断面図である。
【００１４】
表面実装型水晶振動子１は、上部が開口した凹部を有する絶縁性のセラミックベース２（以下、ベースと称する）と、当該ベースの封止領域に形成される金属リング３と、当該ベースの中に収納される圧電振動素子４と、ベースの開口部に接合される蓋５とからなる。この表面実装型水晶発振器では、ベース２と蓋５とが後述する第２の金属ろう材６２を用いて加熱溶融接合されて気密封止され、表面実装型水晶振動子１が構成されている。以下、この表面実装型水晶振動子１の各構成について説明する。
【００１５】
ベース２は全体として直方体で、アルミナ等のセラミック材料からなる平面視矩形状の一枚板の底部２１と、この底部２１上に積層したセラミック材料の平面視枠形状の堤部２２，２３とから構成され、断面でみて凹形の収納部２０を有する箱状体に形成されている。
【００１６】
前記収納部２０の周囲には堤部（側壁部）２２，２３が形成されており、堤部２３の上面（端面）は平坦であり金属膜２３ａが形成される。金属膜２３ａは、前記堤部の幅より狭い状態で形成され、タングステンあるいはモリブデン等のメタライズ材料からなるメタライズ層で構成される。タングステンあるいはモリブデンは厚膜印刷技術を活用してメタライズ技術によりセラミック焼成時に一体的に形成される。コバールなどからなりプレス成形により構成された金属リング３は、金属膜２３ａよりも幅が狭い状態で形成され、金属膜２３ａの上部にＡｇろう材などからなる第１の金属ろう材６１により接合されている。この時、金属膜２３ａの端部から金属リング３の上面部に向かって第１の金属ろう材６１によるメニスカスＭ１が形成された状態でベース２の上部に金属リング３が取り付けられている。このようにベース２の上部に一体形成された金属膜２３ａと金属リング３の外表面には、上部にニッケル層が積層され、このニッケル層に上部に金層が積層されている。これらのニッケル層、金層はセラミック焼成後にメッキ形成されている。
【００１７】
ベース２の外周壁の四隅には上下方向に伸長する複数のキャスタレーションが形成されている。当該キャスタレーションはベースの外周壁に対して円弧状の切り欠きが上下方向に形成された構成である。なお、前記金属膜２３ａはベースの堤部２２，２３を上下に貫通接続する図示しない導電ビアやキャスタレーションなどにより、ベース底面側に形成された端子電極の一部に電気的に導出されている。当該端子電極をアース接続することにより、後述する金属製の蓋５が金属膜２３ａ、導電ビアやキャスタレーションなどを介して接地され、表面実装型水晶振動子の電磁気的なシールド効果を得ることができる。なお、前述のとおり、当該導電ビアは周知のセラミック積層技術により形成することができる。
【００１８】
ベース２内部において、下方面には前記堤部（側壁部）２２，２３により構成され、圧電振動素子４を収納する収納部２０が形成され、当該収納部の底面から上部に突出し、圧電振動素子の端部を保持する保持台２４と、保持台２４と対向位置する枕部２５が形成されている。
【００１９】
前記保持台２４の上面には、後述する圧電振動素子４と接続される一対の配線パターン２６，２７が形成されている。この配線パターン２６，２７は最終的にベース底面に形成された図示しない端子電極と導かれるように構成され、これら端子電極から外部部品や外部機器と接続される。このような構成のベースは周知のセラミック積層技術やメタライズ技術を用いて形成され、前記各配線パターンは前述の接合領域２３ａ形成と同様にタングステンあるいはモリブデン等によるメタライズ層の上面にニッケルメッキ層、金メッキ層の各層が形成された構成である。
【００２０】
圧電振動素子４は例えば矩形状のＡＴカット水晶振動板であり、その表裏面に対向して一対の矩形状励振電極４１，４２と、この励振電極を前記ベースの保持台２４に形成された配線パターン２６，２７と導通するための接続電極４３，４４と、励振電極を接続電極に導通させるための引出電極４５，４６が形成されている。
【００２１】
なお、これらの電極は、例えば、クロムの下地電極層と、銀または金の中間電極層と、クロムの上部電極層とから構成された積層薄膜、クロムの下地電極層と、銀または金の中間電極層と、ニッケルの上部電極層とから構成された積層薄膜、あるいはクロムの下地電極層と、銀または金の上部電極層とから構成された積層薄膜である。これら各電極は真空蒸着法やスパッタリング法等の薄膜形成手段により形成することができる。なお、クロムやニッケルの変わりにアルミの上部電極層、あるいは中間層が金の場合は銀の上部電極層を形成してもよい。
【００２２】
圧電振動素子４とベース２との接合は、例えばペースト状であり銀フィラー等の金属微小片を含有するシリコーン系の導電樹脂接着剤（導電性接合材）Ｓを用いている。図１に示すように、前記導電性樹脂接着剤Ｓは、配線パターン２６，２７の上面に塗布されるとともに、前記導電性樹脂接着剤Ｓを前記圧電振動素子４と前記保持台２４の間に介在させ硬化させることで、お互いを電気的機械的に接合している。以上により、前記圧電振動素子４の一端部（自由端となる枕部２５側）をベース２の収納部２０の底面から隙間を設けながら、前記圧電振動素子４の対向する他端部を前記ベースの保持台２４に接合して、片持ち保持される。
【００２３】
ベース２を気密封止する蓋５は、例えば、コバール等からなるコア材に第２の金属ろう材（封止材）６２が形成された構成であり、より詳しくは、例えば上面からニッケル層、コバールコア材、ニッケル層、金錫ろう層の順の多層構成であり、金錫ろう層がセラミックベースの金属リング３と接合される構成となる。金属製の蓋５の平面視外形はセラミックベースの金属リング３の外形とほぼ同じであるか、若干大きい構成となっている。なお、第２の金属ろう材６２としては、ＡｕＳｎろう材、ＡｕＧｅろう材、ＡｕＧｅＳｉろう材等の金系の金属ろう材、ＣｕＳｕろう材を用いてもよい
【００２４】
収納部２０に圧電振動素子４が格納されたベース２の金属リング３に対して前記金属製の蓋５にて被覆し、金属製の蓋５の第２の金属ろう材６２を溶融してベースの金属リング３に対して接合することで気密封止を行う。この際、第１の金属ろう材６１のメニスカスＭ１と第２の金属ろう材６２のメニスカスＭ２が金属リング３の上部でお互いに逆方向から一部が重なった状態で形成される。以上により表面実装型水晶振動子１の完成となる。
【００２５】
上記実施形態により、ベース２の前記蓋５との接合領域は、金属膜２３ａの上部に第１の金属ろう材６１を介して金属リング３が取り付けられ、当該金属リング３の上部に蓋５が配置された状態で、ベース２と蓋５とは第１の金属ろう材６１と異質の第２の金属ろう材６２を用いて加熱溶融接合されているので、金属リング３が緩衝材となってベース２の強度向上させ、表面実装型水晶振動子１の素体強度試験におけるベース割れを抑制することができる。このため自動搭載機の吸着ノズルなどで表面実装型水晶振動子１を接触させた際に、表面実装型水晶振動子１の本体筐体に割れなどが生じることがない。また第２の金属ろう材６２はベース２に比べてなじみのよい金属リング３の表面上でぬれて拡散することができるため、当該拡散した第２の金属ろう材６２は蓋５の平面方向だけでなくベース２の底面方向に向かって接合面積を拡大することで接合強度の向上とリーク不良を防止することができる。その一方で前記拡散した第２の金属ろう材６２は前記異質の第１の金属ろう材６１が拡散防止部となって、第２の金属ろう材６２が拡散しすぎないように制御することができるので、蓋５と金属リング３の部分から気密封止に必要な第２の金属ろう材６２が不足することもない。
【００２６】
また、前記金属リング３の幅は前記ベース２上面の金属膜２３ａよりも幅が狭い状態で形成され、かつ当該金属膜２３ａの端部から金属リング３の上面部に向かって第１の金属ろう材６１によるメニスカスＭ１が形成された状態でベース２の上部に金属リング３が取り付けられている。このため、第１の金属ろう材６１によるメニスカスＭ１の頂点部分と金属リング３との境界部分から、第１の金属ろう材６１によるメニスカスＭ１の広がる底面部分に向かって第２の金属ろう材６２が拡散するのを徐々に制御できる拡散防止部となり、第２の金属ろう材６２が拡散しすぎないように制御するのに好ましい形態である。特に第２の金属ろう材６２がベース上面に形成された金属膜２３に到達するまでに第１の金属ろう材６１に止められ、金属膜２３に第２の金属ろう材６２が拡散することがない。第２の金属ろう材６２を溶融させて蓋５を金属リング３に接合する際に、セルフアライメント機能により金属リング３に対して蓋５が適正に位置決め固定することができる。
【００２７】
また、本形態では、第２の金属ろう材６２が接合されて蓋５とベース２が気密封止されると、第１の金属ろう材６１のメニスカスＭ１と第２の金属ろう材６２のメニスカスＭ２が金属リング３の上部でお互いに逆方向から一部が重なった状態で形成されている。このため、金属リング３が存在する封止領域近傍の強度をより向上させるのに望ましい形態となる。
【００２８】
また、第１の金属ろう材６１として融点が約８００℃のＡｇろう材を用い、第２の金属ろう材６２として融点が２８０℃のＡｕＳｎろう材を用いており、第１の金属ろう材の方が融点の高いものを選択していることで、第２の金属ろう材６２の溶融させて気密封止する際に、第１の金属ろう材６１が再溶融することがない。このため第１の金属ろう材６１によるメニスカスＭ１の形状を変形させることがないため、第２の金属ろう材６２に対する拡散防止部としての機能を低下させることがない。
【００２９】
また、上述の構成に加え、金属リング３の上面にニッケル層と、前記ニッケル層に積層した金層とから構成され、前記第２の金属ろう材６２として、ＡｕＳｎろう材を用いている。このため、金属リング３の上面での第２の金属ろう材６２のぬれ性が格段に高まるため、第２の金属ろう材６２が金属リング３の表面で拡散しやすくなり、接合強度の向上とリーク不良を防止する上でより好ましい。
【００３０】
なお、上記した本実施例では、異質の金属ろう材の組み合わせとして、Ａｇろう材とＡｕＳｎろう材のように材質の違うものの組み合わせを例にしているが、同じ材質でも組成比の違いによって融点が異なっているものを組み合わせてもよい。例えば第１の金属ろう材６１と第２の金属ろう材６２とで同じＡｕＳｎろう材を用い、第１の金属ろう材で使用するＡｕＳｎろう材の融点を高く設定したものを用いることができる。圧電振動素子としてＡＴカット水晶振動板を用いているが、これに限定されるものでなく、音叉型水晶振動板であってもよい。また、圧電振動素子として水晶を材料としているが、これに限定されるものではなく、圧電セラミックスやＬｉＮｂＯ3等の圧電単結晶材料を用いてもよい。すなわち、任意の圧電振動素子が適用可能である。また、圧電振動素子を片持ち保持するものを例にしているが、圧電振動素子の両端を保持する構成であってもよい。また導電性接合材として、シリコーン系の導電樹脂接着剤を例にしているが、他の導電性樹脂接着剤でもよく、金属バンプやメッキバンプのバンプ材、金属ろう材等を用いてもよい。
【００３１】
なお、本発明は、その思想または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、表面実装型圧電振動デバイスに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態を示す圧電振動素子を搭載し蓋を封止する前のベースの平面図。
【図２】図１の蓋を封止した状態の断面図。
【符号の説明】
【００３４】
１  表面実装型水晶振動子
２  ベース
３  金属リング
４  圧電振動素子
５  蓋
６１  第１の金属ろう材
６２  第２の金属ろう材（封止材）
Ｓ  導電樹脂接着剤（導電性接合材）
【図１】
2010087650.tif 000003
【図２】
2010087650.tif 000004