(57)【要約】【課題】蓋体本体のパッケージ内部側の表面の金属層上に封止材が濡れ広がりガスが発生する場合がある。このガス成分が圧電振動素子に付着したり、圧電振動素子に形成されている励振電極に悪影響を与えたりすることにより、圧電デバイスとしての発振周波数や周波数温度特性が変動してしまう可能性がある。【解決手段】圧電デバイスにおいて、蓋体の外周辺縁部に金属層が形成されており、且つこの金属層と封止材との濡れ性が、蓋体本体を形成する金属と封止材との濡れ性より良好である圧電デバイス及びその製造方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形状の容器体の内部空間に圧電振動素子が搭載されており、該容器体の側壁頂部には該容器体の開口部を覆う矩形状の蓋体が配置されており、該蓋体と該側壁頂部に設けた導体パターン層とを封止材を用いて固着し、該容器体内の圧電振動素子を気密封止している圧電デバイスにおいて、
該蓋体の外周縁部に金属層が形成されており、且つ該金属層と該封止材との濡れ性が、該蓋体本体を形成する金属と該封止材との濡れ性より良好であることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
矩形状の容器体の内部空間に圧電振動素子を搭載し、該容器体の側壁頂部に該容器体の開口部を覆う矩形状の蓋体を配置し、該蓋体と該側壁頂部に設けた導体パターン層とを封止材を用いて固着し、該容器体内の圧電振動素子を気密封止する圧電デバイスの製造方法において、
複数個の該蓋体の形成領域を有している金属基板を準備し、該金属基板の表面に金属層をメッキ処理により形成するとともに、各々の蓋体形成領域内の外周辺縁部以外の箇所に形成した該金属層をエッチング処理により除去する工程Ａと、
該金属基板の各蓋体形成領域内の外周辺縁部に残した該金属層の上に封止材を被着し、該金属基板及び該金属層をダイシングにより各蓋体形成領域外周に沿って切断し、個々の蓋体に分割する工程Ｂと、
容器体内部に圧電振動素子を搭載し、該工程Ａ及び該工程Ｂにより形成された蓋体を、前記圧電振動素子が気密封止されるように、該容器体の開口部に載置し、該封止材と導体パターン層を接合する工程Ｃと
を具備する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、携帯用通信機器や電子計算機等の電子機器に用いられる圧電振動子又は圧電発振器等の圧電デバイス及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電素板の両主面に電極を形成した圧電振動素子を気密パッケージ内部に搭載した、例えば、圧電振動子や、圧電振動子と発振回路とを同一のパッケージ内に搭載した圧電発振器、あるいは、特定の周波数帯を分離する圧電フィルタ等の圧電デバイスが、携帯用通信機器や電子計算機等の電子機器に多用されている。そして近年、表面実装に対応した形状の圧電デバイスが開発され、電子機器の小型化薄型化に伴って、電子機器内に搭載する圧電デバイスも小型化薄型化が進められている。
【０００３】
かかる従来の圧電デバイスの一例としては、図５に圧電材として水晶を使用した水晶振動子を示す。容器体２１のキャビティ部空間内底面には、一対の素子接続用電極パッドが設けられている。この素子接続用電極パッド上には、導電性接着材を介して電気的に接続される一対の励振電極を表裏主面に有した水晶振動素子２２が搭載されており、この水晶振動素子２２を囲繞する容器体２１の側壁頂部には導体パターン層２３が形成されている。
【０００４】
この導体パターン層２３の上に金属製の蓋体２４を被せ、熱圧着等で導体パターン層２３と蓋体２４とを接合することにより、水晶振動素子２２の搭載空間（キャビティ部空間）を気密封止した水晶振動子である。（例えば、下記特許文献１を参照。）
【０００５】
また、前記蓋体２４は、従来周知の金属加工法を採用し、４２アロイ等の金属を所定形状に成形することによって製作される。前記蓋体２４の上面には、ニッケル（Ｎｉ）層が形成され、更にニッケル（Ｎｉ）層の上面に金（Ａｕ）層が形成され、封止材であるクラッド化された金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層が形成される。
【０００６】
かかる水晶振動子は、容器体２１の下面に設けられる入出力端子並びにグランド端子等の外部端子２５を介して水晶振動素子２２の励振電極間に外部からの変動電圧が印加されると、水晶振動素子２２の特性に応じた所定の周波数で厚みすべり振動を起こすようになっており、その共振周波数に基づいて外部の発振回路で所定周波数の基準信号が発振・出力される。このような基準信号は携帯用通信機器等の電子機器におけるクロック信号として利用されることとなる。
【０００７】
前述のような水晶振動子等を含む圧電デバイスについては、以下のような文献が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−２７４６４９号公報
【特許文献２】特開２００４−２３６１８３号公報
【０００８】
尚、出願人は、前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を本件出願時までに発見するに到らなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の圧電デバイスでは、パッケージを構成する蓋体に形成されていた封止材が熱圧着等によって溶融し、蓋体本体のパッケージ内部側の表面に形成されている金属層上に濡れ広がり、高温加熱時に濡れ広がった封止材からガスが発生する場合がある。このガス成分がパッケージ内部に搭載されている圧電振動素子に付着したり、圧電振動素子に形成されている励振電極に悪影響を与えたりすることにより、圧電デバイスとしての発振周波数や周波数温度特性が変動してしまう可能性がある欠点があった。
【００１０】
また、圧電デバイスの小型化薄型化が進むことにより、前記蓋体のパッケージ内部側表面の金属層に濡れ広がった封止材と圧電振動素子の空間が著しく狭くなり、この封止材と圧電振動素子の間で浮遊容量が発生し発振周波数が変動してしまう恐れがある。
【００１１】
本発明は上記欠点に鑑みて考案されたものであり、その目的は、発振周波数や周波数温度特性に生じる不要な変動が著しく少ない圧電デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、矩形状の容器体の内部空間に圧電振動素子が搭載されており、この容器体の側壁頂部には容器体の開口部を覆う矩形状の蓋体が配置されており、この蓋体と容器体の側壁頂部とに設けた導体パターン層とを封止材を用いて固着し、容器体内の圧電振動素子を気密封止している圧電デバイスにおいて、
蓋体の外周辺縁部に金属層が形成されており、且つ金属層と封止材との濡れ性が、蓋体本体を形成する金属と封止材との濡れ性より良好であることを特徴とする圧電デバイスである。
【００１３】
また、矩形状の容器体の内部空間に圧電振動素子を搭載し、この容器体の側壁頂部に容器体の開口部を覆う矩形状の蓋体を配置し、この蓋体と容器体の側壁頂部に設けた導体パターンとを封止材を用いて固着し、容器体内の圧電振動素子を気密封止する圧電デバイスの製造方法において、
複数個の蓋体の形成領域を有している金属基板を準備し、この金属基板の表面に金属層をメッキ処理により形成するとともに、各々の蓋体形成領域内の外周辺縁部以外の箇所に形成した金属層をエッチング処理により除去する工程Ａと、金属基板の各蓋体形成領域内の外周辺縁部に残した金属層の上に封止材を被着し、金属基板及び金属層をダイシングにより各蓋体形成領域外周に沿って切断し、個々の蓋体に分割する工程Ｂと、容器体内部に圧電振動素子を搭載し、上記工程Ａ及び上記工程Ｂにより形成された蓋体を、圧電振動素子が気密封止されるように容器体の開口部に載置し、封止材と導体パターン層とを接合する工程Ｃとを具備することを特徴とする圧電デバイスの製造方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の圧電デバイス及びその製造方法によれば、蓋体の容器体との封止面側の外周辺縁部にのみ、蓋体本体を形成する金属よりも、蓋体表面に形成された金属層との濡れ性が良好な封止材が形成されていることにより、パッケージ内部の蓋体本体の金属が露出した部分に封止材が濡れ広がることを防止するので、パッケージ内部の封止材表面から発生するガスを極めて微量することができる。また、パッケージ内部の蓋体本体の金属が露出した部分に封止材が濡れ広がることを防止できるので、蓋体と圧電振動素子の励振電極間の空間を設計値通りに確保でき、不要な浮遊容量が生じない。
【００１５】
因って、本発明により、発振周波数や周波数温度特性等の不要な変動が著しく少ない圧電デバイスを提供できる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明おける圧電デバイスを圧電デバイスの一つである水晶振動子を例に、その水晶振動子を蓋体側斜め上方より図示した分解斜視図である。図２において、（ａ）は図１に記載の水晶振動子を組み立てた場合を示した側面断面図であり、（ｂ）は（ａ）に記載の点線円Ａ部分を拡大して図示した部分断面図である。図３において、（ａ）は図１及び図２に記載の蓋体の一形態を容器体接合面側から図示した斜視図であり、（ｂ）は図１及び図２に記載の蓋体の他の形態を容器体接合面側から図示した斜視図である。尚、各図では、説明を明りょうにするため構造体の一部を図示していない。又、各寸法も一部誇張して図示しており、特に各図における厚み寸法成分は著しく誇張して図示している。更に、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。
【００１７】
即ち、図１及び図２に示す水晶振動子は、大略的に、容器体１と、圧電振動素子としての水晶振動素子２と、蓋体３とで構成されている。容器体１は、例えば、アルミナセラミックス、ガラス−セラミック等のセラミック材料から成る絶縁層を複数積層することによって形成されており、その上面には、中央域に矩形状に開口するキャビティ部４が、又このキャビティ部４を形成する側壁部頂部に、このキャビティ部４の開口部を囲繞する環状の導体パターン層６が形成され、容器体１の外側下面には入力端子、出力端子及びグランド端子を含む複数個の外部接続用端子電極７がそれぞれ設けられている。
【００１８】
かかる容器体１のキャビティ部４内の底面に設けられている一対の素子搭載パッド５は、その上面側で後述する水晶振動素子２の励振電極と、導電性接着材８を介して電気的に接続され、下面側で容器体１に形成された導体パターン層６や、容器体の構造内部に形成されるビア導体等を介して容器体１外側下面の入出力端子（入力端子、出力端子）に電気的に接続される。
【００１９】
一方、導体パターン層６は、その上面側で後述する蓋体３に封止材１０を介して電気的に接続され、下面側で容器体１の構造内部のビア導体等を介して容器体１外側下面の外部接続用端子電極７の１つであるグランド端子に電気的に接続される。
【００２０】
水晶振動素子２は、一塊の人工水晶体より所定の結晶軸でカットし研磨加工した平板状の水晶片の両主面に、一対の励振電極を被着・形成してなり、外部からの変動電圧が一対の励振電極を介して水晶片に印加されると、所定の周波数で励振振動を起こす。このような水晶振動素子２は、その両主面に被着されている励振電極と容器体上面の対応する搭載パッド５とを導電性接着材８を介して電気的・機械的に接続することによって容器体１のキャビティ部４底面に搭載される。
【００２１】
導電性接着材８は、シリコン樹脂やポリイミド樹脂等から成る樹脂材料中にＡｇ等から成る導電性粒子を所定量、添加・混合してなるものである。
【００２２】
そして更に、容器体１のキャビティ部４の開口部周縁には、蓋体３が取着されている。蓋体３としては、４２アロイやコバール，リン青銅等を用いれば良く、蓋体３の容器体接合側表面の外周辺縁部には、Ｎｉ、Ａｕの金属層９が形成され、金属層９の上には金錫（Ａｕ−Ｓｎ）等の封止材１０が被着されている。蓋体３の外周辺縁部に形成された封止材１０と容器体１の導体パターン層６とが環状に密接することによって、蓋体３が容器体１の側壁部頂部上に取着されキャビティ部４が気密封止される。
【００２３】
蓋体３の容器体接合側表面の外周辺縁部に形成されているＮｉ，Ａｕ等の金属層９は、メッキ処理により形成されたものであり、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）等の封止材１０との間の濡れ性が、蓋体本体を構成する金属である４２アロイ及びコバール等と比較して良好である。よって、蓋体３と容器体１と気密封止した際、封止材１０は金属層９が形成されている箇所にのみに濡れ広がり、蓋体３の容器体接合側表面の金属膜９が形成されていない部分には封止材１０が濡れ広がることがないので、高温加熱時に封止材１０表面から発生するガスの量を極めて少なくすることができ、このガスに起因する発振周波数や周波数温度特性の変動を防止することが可能となる。また、封止材１０が前記水晶振動素子２の励振電極の対向する位置の蓋体３の容器体接合側表面に濡れ広がることはないので、水晶振動素子２の励振電極と封止材１０との間で浮遊容量が発生しないことによって、発振周波数が変動することを抑制することが可能となる。
【００２４】
蓋体３は、容器体１とで囲まれるキャビティ部４内に水晶振動素子２を収容して気密封止するためのものであり、また先に述べた導体パターン層６を介して容器体１外側下面の外部接続用端子電極７のうちのグランド端子に接続される。よって、水晶振動子の使用時、外部のマザーボード等の電子回路網に外部端子電極７を用いて接続すると、蓋体３は、グランド電位に保持されることとなり、水晶振動素子２が蓋体３のシールド効果によって外部からの不要な電気的作用、例えばノイズ等から良好に保護される。
【００２５】
尚、蓋体３の容器体接合側表面に形成された金属層９の形態としては、後述する製造方法により、図３（ａ）のように容器体接合側表面の外周辺縁部のみに金属層９を形成した形態の他に、図３（ｂ）のように、蓋体３の容器体接合側表面全面に形成した金属層９のうち、外周辺縁部の内側の一部を帯状且つ環状に除去した形態をしている。
【００２６】
次に本発明における圧電デバイスの製造方法を、上述した水晶振動子の製造方法を例に図４を用いて説明する。
ここで、図４（ａ）〜（ｅ）は本発明の製造方法を水晶振動子を例示して説明するための斜視工程図である。
【００２７】
（工程Ａ）
まず、図４（ａ）及び図４（ｃ）に示す如く、複数個の蓋体形成領域を有している金属基板１１を準備し（図４（ａ））、金属基板１１の一方の主面上に金属層９をメッキ処理により形成する（図４（ｂ））とともに、各々の蓋体形成領域の外周辺縁部以外の箇所に形成された金属層９をエッチング処理により除去する（図４（ｃ））。まず、金属基板１１が４２アロイやコバール、リン青銅等からなり、金属層９は、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）の順に積層形成されている。この金属基板１１の各蓋体形成領域の外周辺縁部にエッチングレジストを塗布し、エッチング処理を施すことにより、外周辺縁部以外の金属層９が除去される。次にエッチングレジストを除去し、各蓋体形成領域の外周辺縁部にだけに金属層９が形成されている構造になる。
【００２８】
（工程Ｂ）
次に図４（ｄ）において、金属基板１１の蓋体形成領域内に残された金属層９の上に金錫（Ａｕ−Ｓｎ）等のろう材である封止材１０を被着し、金属基板１１の各蓋体形成領域内の外周の各切断線Ｂに沿って切断することにより、各々の蓋体形成領域をその周囲の捨代領域より切り離す。金属基板１１の切断はダイサーを用いたダイシング等によって行なわれ、かかる切断工程を経て金属基板１１が個々の蓋体形成領域毎に分割される。これにより複数個の蓋体３が同時に得られる。
【００２９】
（工程Ｃ）
図４（ｅ）に示す如く、容器体１のキャビティ部４内に水晶振動素子２が収容されている。容器体１の内部には水晶振動素子２が収容されている。例えば、容器体１をセラミック材料により形成する場合は、セラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートの表面等に配線導体となる導体ペーストを所定パターンに印刷・塗布するとともに、これを複数枚積層してプレス成形した後、高温で焼成することによって製作し、得られた容器体１のキャビティ部４に水晶振動素子２を搭載する。このとき、水晶振動素子２の励振電極と容器体１のキャビティ部４に設けられている素子搭載パッド５とは導電性接着材８を介して電気的・機械的に接続される。そして、容器体１の側壁部頂部の導体パターン層６の上に上記工程で作成した蓋体３を載置し、蓋体３に形成した封止材１０と容器体１に形成した導体パターン層６とを密接することによって、蓋体３が容器体１の側壁部頂部上に取着し且つキャビティ部４が気密封止される。このような工程を経て水晶振動子が組み立てられる。
【００３０】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、上述した実施形態においては、水晶振動子で説明を行ったが、容器体に水晶振動素子とそれと電気的に接続する発振回路を具備した集積回路素子を搭載した水晶発振器であっても構わない。
【００３１】
又、上記実施例では圧電材料として水晶を用いた水晶振動素子を搭載した水晶振動子を例示したが、他にタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム又は圧電セラミックスを圧電材として用いた圧電振動素子を搭載した圧電デバイスでも良い。更に上述した実施形態においては、圧電振動素子として水晶振動素子を用いた水晶振動子を例にとって説明したが、これに代えて、圧電振動素子として弾性表面波（ＳＡＷ）フィルタ等の他の圧電振動素子を用いる場合にも本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明おける圧電デバイスを圧電デバイスの一つである水晶振動子を例に、その水晶振動子を蓋体側斜め上方より図示した分解斜視図である。
【図２】図２において、（ａ）は図１に記載の水晶振動子を組み立てた場合を示した側面断面図であり、（ｂ）は（ａ）に記載の点線円Ａ部分を拡大して図示した部分断面図である。
【図３】図３において、（ａ）は図１及び図２に記載の蓋体の一形態を容器体接合面側から図示した斜視図であり、（ｂ）は図１及び図２に記載の蓋体の他の形態を容器体接合面側から図示した斜視図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｅ）は、本発明の製造方法を水晶振動子の製造方法を例示して説明するための斜視工程図である。
【図５】従来の水晶振動子の側面断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１・・・容器体
２・・・水晶振動素子（圧電振動素子）
３・・・蓋体
４・・・キャビティ部
５・・・素子搭載パッド
６・・・導体パターン層
７・・・外部接続用端子電極
８・・・導電性接着材
９・・・金属層
１０・・・封止材
１１・・・金属基板
【図１】
2006287423.tif 000003
【図２】
2006287423.tif 000004
【図３】
2006287423.tif 000005
【図４】
2006287423.tif 000006
【図５】
2006287423.tif 000007