(57)【要約】【課題】  パッケージと蓋体とを環境汚染のおそれなく封止し、しかも周波数を精密に調整できて、ＣＩ値の上昇を防止できる構造の圧電デバイスを提供すること。【解決手段】  ベース基体３１と、圧電振動片３２と、ガラス製の蓋体４８とを備える圧電デバイスであって、前記ベース基体またはベース基体を含むパッケージには、前記蓋体との接合箇所に金を含む金属膜が形成されており、前記蓋体の接合面には、接合後に前記圧電振動片に設けた周波数調整用の金属膜に対応する位置４９を除くようにして、接合用の蓋側金属膜が形成されていて、前記ベース基体またはベース基体を含むパッケージの前記金属膜と、前記蓋体の前記蓋側金属膜とを金錫合金による封止用金属を溶融させて接合封止されており、さらに、前記ベース基体３１またはパッケージは、封止用の貫通孔４３を備えており、該封止用の貫通孔４３は充填材により孔封止されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基体と、前記ベース基体に固定された圧電振動片と、前記ベース基体もしくはベース基体を含むパッケージに気密に接合されるガラス製の蓋体とを備える圧電デバイスであって、
前記ベース基体またはベース基体を含むパッケージには、前記蓋体との接合箇所に金を含む金属膜が形成されており、
前記蓋体の接合面には、接合後に前記圧電振動片に設けた周波数調整用の金属膜に対応する位置を除くようにして、接合用の蓋側金属膜が形成されていて、
前記ベース基体またはベース基体を含むパッケージの前記金属膜と、前記蓋体の前記蓋側金属膜とを金錫合金による封止用金属を溶融させて接合封止されており、
さらに、前記ベース基体またはパッケージは、封止用の貫通孔を備えており、該封止用の貫通孔は充填材により孔封止されている
ことを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記封止用金属が前記蓋体の接合面にプリコートされていることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記封止用金属もしくは前記蓋側金属膜および前記封止用金属が、前記蓋体の前記ベース基体またはパッケージの接合面に限定された領域に設けられていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記ベース基体またはパッケージは、封止用の貫通孔を備えており、該封止用の貫通孔は金属材料を充填して孔封止されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか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、パッケージ内に圧電振動片を収容した圧電デバイスの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
従来の圧電デバイスは、例えば、図５に示すように構成されている。（特許許文献１参照）。
図において、圧電デバイス１は、パッケージ２内に、圧電振動片３を収容し、パッケージ２を金属製の蓋体４により気密に封止する構造である。
【０００３】
このような構造においては、圧電振動片３をパッケージ２に収容して気密封止した後で、周波数を測定すると、所望の周波数と僅かなずれを生じることは多い。
この場合、蓋体４の気密封止後であっても、例えば、圧電振動片３に形成されている電極に対して、外部からレーザ光を照射し、電極の一部を蒸散させれば、圧電振動片の振動腕の質量を小さくでき、周波数を高くするように微調整することができる。
しかしながら、図５のように、蓋体４が金属製であると、外部から照射するレーザ光をパッケージ２内に導くことができないので、蓋体は、ガラスで形成することが好ましい。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１８８６７８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、ガラス材料でなる板体をセラミック製のパッケージのようなものに接合する上では、接合材料として、３２０度（「摂氏」、なお以下で用いる温度表示は全て摂氏）の融点を持つ低融点ガラスが使用される。
ところが、この種の低融点ガラスには、鉛が含有されており、鉛入りの封止材を使用することは環境汚染につながり好ましくない。
そこで、鉛を含有しない低融点ガラスを用いることになるが、そのようなものの融点は、４００度以上となり、比較的高い温度となって、圧電振動片自体の特性を悪化させるおそれがある。また、比較的低い融点の鉛フリー低融点ガラスも研究されているが、高価格であり、不向きである。
【０００６】
したがって、ガラス製の蓋体に金属膜を形成し、金属材料の封止材（ロウ材）を使用することになる。金属製のロウ材としては、ハンダがある。特に鉛を含有しない鉛フリーハンダは、錫、銀、銅などの合金であり、２００度ないし２２０度程度と低く、圧電デバイスを実装する際のリフロー工程に耐えないおそれがあり、さらに、封止後にガスを生成し、ガス成分が圧電振動片に付着すると、ＣＩ値が上昇してしまう。
【０００７】
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、パッケージと蓋体とを環境汚染のおそれなく封止し、しかも周波数を精密に調整できて、ＣＩ値の上昇を防止できる構造の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】
【０００８】
上述の目的は、第１の発明にあっては、ベース基体と、前記ベース基体に固定された圧電振動片と、前記ベース基体もしくはベース基体を含むパッケージに気密に接合されるガラス製の蓋体とを備える圧電デバイスであって、前記ベース基体またはベース基体を含むパッケージには、前記蓋体との接合箇所に金を含む金属膜が形成されており、前記蓋体の接合面には、接合後に前記圧電振動片に設けた周波数調整用の金属膜に対応する位置を除くようにして、接合用の蓋側金属膜が形成されていて、前記ベース基体またはベース基体を含むパッケージの前記金属膜と、前記蓋体の前記蓋側金属膜とを金錫合金による封止用金属を溶融させて接合封止されており、さらに、前記ベース基体またはパッケージは、封止用の貫通孔を備えており、該封止用の貫通孔は充填材により孔封止されている圧電デバイスにより、達成される。
【０００９】
第１の発明の構成によれば、蓋体がガラス製で、しかも接合後に前記圧電振動片に設けた周波数調整用の金属膜に対応する位置を除くようにして、接合用の蓋側金属膜が形成されているので、蓋体による封止後に、外部からレーザ光を照射して、パッケージ内の圧電振動片の電極などの金属膜の一部を蒸散させることにより、質量削減方式による周波数調整をすることができる。
また、ガラス製の蓋体の接合には、金錫合金を用いているので、圧電デバイスの実装時のリフロー時の熱にも耐え、しかも、蓋体の封止時に圧電振動片に悪影響を与えることも同時に防止される。
さらに、パッケージに封止用の貫通孔を備えていることから、蓋体の封止時に該貫通孔から、パッケージ内のガスを排出して、その後孔封止することができる。
かくして、パッケージと蓋体とを環境汚染のおそれなく封止し、しかも周波数を精密に調整できて、ＣＩ値の上昇を防止できる構造の圧電デバイスを提供することができる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明の構成において、前記封止用金属が前記蓋体の接合面にプリコートされていることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、封止用金属が蓋体側にあらかじめプリコートされているので、封止時に例えば、リング状の封止用金属をパッケージと蓋体との間で位置合わせするといった面倒な作業を回避できる。
【００１１】
第３の発明は、第１または２のいずれかの発明の構成において、前記封止用金属もしくは前記蓋側金属膜および前記封止用金属が、前記蓋体の前記ベース基体またはパッケージの接合面に限定された領域に設けられていることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、蓋側金属膜や封止用金属の使用を最低限の量とすることができ、接合されない金属の無用な流れ出しや、金を含む高価な材料の無駄を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１および図２は、本発明の圧電デバイスの一実施形態を示しており、図１はその概略平面図、図２は図１のＡ−Ａ線概略切断端面図であり、図３は蓋体を除いた状態の概略平面図である。
これらの図において、圧電デバイス３０は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス３０は、パッケージ４０内に圧電振動片３２を収容し、蓋体４８により気密に封止した構造である。
具体的には、圧電デバイス３０のパッケージ４０は、圧電振動片を気密に収容するもので、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板を積層した後、焼結して形成されている。すなわち、パッケージ４０は、ベース基体３１となる第１の基板４１およびこの第１の基板４１の上に積層された第２の基板４２と、第２の基板４２の上にさらに積層された第３の基板４７とを有している。
【００１３】
上記パッケージ４０の第１の基板４１は、パッケージ底面を構成するもので、その上に積層される第２の基板４２の端部、例えば、図１および図２における左端付近には、幅方向の各端部に電極部３３，３３が形成されている。この電極部３３，３３上に導電性接着剤３４，３４を介して圧電振動片３２の基部の引出し電極の箇所がマウントされ、接合されている。なお、電極部３３，３３は図示しない導電スルーホールなどを利用して、パッケージ４０の図示しない外部電極である実装端子と接続されている。
図２において、第２の基板４２の圧電振動片３２の先端部の下方は、凹状に材料が除かれることで、凹部４２ａが形成されており、外部からの振動により、圧電振動片３２の先端が上下方向に振れても、その先端部がパッケージ４０の内側底部に衝突して、破損することを防止している。
【００１４】
第１の基板４１と第２の基板４２は、これらのほぼ中央付近に貫通孔４３が形成されている。この実施形態では、貫通孔は第１の基板４１に形成された第１の孔４４と、第２の基板４２に形成され第１の孔４４よりも小径の第２の孔４５とを有しており、第１の孔４４と第２の孔４５とは連通されている。そして、貫通孔４３は図示するような段付き孔とされて、段部に導電パターン（金属被覆部）（図示せず）が形成されており、金属充填材４６を充填することにより孔封止されている。
【００１５】
図３に示す圧電振動片３２は、例えば水晶で形成されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。この圧電振動片３２は、図１に示すように、パッケージ４０側と固定される基部３５と、この基部３５を基端として、図において右に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕３６，３７を備える、所謂音叉型振動片である。圧電振動片は、これに限らず、水晶ウエハを矩形にカットしたＡＴカット振動片などでもよい。
【００１６】
圧電振動片３２の基部３５には引出し電極が形成されて、パッケージ４０側電極部３３，３３と電気的に接続され、各振動腕３６，３７には、好ましくは、腕の伸びる方向に沿った長溝を表裏に同じ形態で形成して、駆動用の電極である励振電極を形成し、上記引出し電極と接続することができる。
さらに、圧電振動片３２の各振動腕３６，３７の例えば先端付近には、周波数調整用の金属被覆部３６ａ，３７ａが形成されている。この周波数調整用の金属被覆部３６ａ，３７ａは、圧電振動片３２に形成する駆動用電極である励振電極（図示せず）と同じ金属で、同時の工程にて形成することができる。あるいは、周波数調整用の金属被覆部３６ａ，３７ａは、圧電振動片３２の励振電極の一部を利用してもよい。
【００１７】
蓋体４８は、ガラス製であり、例えば、硼珪酸ガラスなどでなる板状の材料から切り出して使用することができる。蓋体４８には、その接合面に蓋側金属膜と、金錫合金でなる封止用金属を設けている。
ここで、図１に示すように、蓋体４８の光通過部４９を除く領域に、封止用金属を形成する。蓋体４８の光通過部４９とは、パッケージ４０に蓋体４８を接合後において、図１に示されているように、圧電振動片３２に設けた周波数調整用の金属被覆部３６ａ，３７ａに対応する位置で、外部からレーザ光を透過させる領域のことである。ここで、蓋側金属膜は、材質によっては、光通過部４９を避けて形成しなくてもよい場合があるが、周波数調整用のレーザ光の光量を著しく減少させたり、多くの光量を反射することで、周波数調整に必要な光量が確保できない場合は、蓋側金属膜も封止用金属と同様に光通過部４９を避けた領域に形成される。
【００１８】
次に、この蓋側金属膜と封止用金属を説明する。
図４は、パッケージ４０と蓋体４８の接合箇所を拡大して示す部分断面図である。
図において、パッケージ４０の上端である接合面４０ａには、金属膜５４が形成されている。この金属膜５４は、例えば、セラミックスに対する下地であるタングステン（Ｗ）層５１の上に、ニッケル（Ｎｉ）層５２を被覆し、その上に金（Ａｕ）層５３を被覆したものである。尚、図示の金属各層は理解の便宜のため実際よりも厚く示している。
【００１９】
これに対して、蓋体４８の一面である接合面４８ａには、蓋側金属膜６５が形成されている。蓋側金属膜６５は、例えば、ガラス表面にクロム（Ｃｒ）層６１を形成し、好ましくは、その表面にニッケル（Ｎｉ）層６２を形成し、さらにその表面に金（Ａｕ）層６３を形成したものである。ニッケル層６２は、クロム層６１から金層６３へ、クロムが拡散することを阻止するために設けられる。
【００２０】
蓋体４８に対する蓋側金属膜６５を構成する各層は、ガラス板に、各層に対応した金属を、蒸着またはスパッタリングすることで形成できる。また、好ましくは、蓋側金属層６５の表面側には封止用金属６４がプリコートされている。封止用金属６４は、金錫合金（ＡｕＳｎ）で形成されている。封止用金属６４を構成する金錫合金は、予め用意された合金の板を、蓋体４８の形状に打ち抜いて、これを加熱溶融して接合することができる。
あるいは、蓋側金属膜６５の表面側に、金と錫とを蒸着またはスパッタリングにより順次層形成し、加熱溶融して合金としてもよい。
【００２１】
本実施形態は、以上のように構成されており、その製造の工程を簡単に説明すると、先ず、前工程として、パッケージ４０と蓋体４８を別々に形成する。
パッケージ４０は、貫通孔４３を塞がない状態で、圧電振動片３２の接合工程を行う。
すなわち、パッケージ４０の内面に露出した電極部３３，３３上に導電性接着剤３４，３４を塗布し、その上に圧電振動片３２をマウントして、乾燥・硬化させることにより、圧電振動片３２をパッケージ４０内に固定する。
次いで、例えば、真空チャンバー内にパッケージ４０を入れて、封止工程を実行する。この場合、パッケージ４０に図４で説明した金属膜５４が形成されており、蓋体４８には、蓋側金属膜６５が形成され、さらに、封止用金属６４がプリコートされているので、パッケージ４０上に蓋体４８を載せて、所定の加熱を行うだけで、蓋体４８をパッケージ４０に対して接合封止することができる。
【００２２】
この場合、封止用金属６４は、金錫合金であるから、２８０度程度で溶融させることができ、圧電振動片３２に悪影響を与える程高い温度ではなく、また、圧電デバイス３０を実装する際のリフロー工程で流れ出すような高い温度を用いなくても封止することができる。
この加熱時には、圧電振動片３２を接合した導電性接着剤やパッケージ４０内部の水分などがガスとして生成されるが、その生成ガスは貫通孔４３から外部に放出される（脱ガス）。その後、貫通孔４３の内側段部に例えば球形のＡｕＧｅ合金を配置し、レーザ光などにより溶融させて、充填金属（金属充填材）４６とし、貫通孔４３を孔封止することができる。
【００２３】
最後に、図２に示すように、外部からレーザ光ＬＢを照射すると、ガラス製の蓋体４８を透過してレーザ光ＬＢは圧電振動片３２の周波数調整用金属被覆部３６ａ，３７ａ（図３）に当たりその一部を蒸散させることで、質量削減方式による周波数調整がされる。
以上により、圧電デバイス３０が完成する。
【００２４】
このように、本実施形態にあっては、蓋体４８がガラス製で、パッケージ４０と接合後に圧電振動片３２に設けた周波数調整用の金属被覆部３６ａ，３７ａに対応する位置を除くようにして、蓋側金属膜６５が形成されているので、蓋体４８による封止後に、外部からレーザ光ＬＢを照射して、パッケージ４０内の圧電振動片３２の金属被覆部３６ａ，３７ａを蒸散させることにより、質量削減方式による周波数調整をすることができる。
【００２５】
また、ガラス製の蓋体４８の接合には、金錫合金である封止用金属６４を用いているので、圧電デバイス３０の実装時のリフロー時の熱にも耐え、しかも、蓋体４８の封止時に圧電振動片３２に悪影響を与えることも同時に防止される。
さらに、パッケージ４０に封止用の貫通孔４３を備えていることから、蓋体４８の封止時に該貫通孔４３から、パッケージ４０内のガスを排出して、その後孔封止することができる。このため、圧電振動片３２にガス成分が付着してＣＩ値が上昇することがない。
かくして、パッケージと蓋体とを環境汚染のおそれなく封止し、しかも周波数を精密に調整できて、ＣＩ値の上昇を防止できる構造の圧電デバイスを提供することができる。
【００２６】
なお、蓋側金属膜６５を構成する金属層のうち、クロム層６１は、光通過部４９を避けて形成しなくてもレーザ光ＬＢを透過することができる。
また、封止用金属６４は、パッケージ４０側の金属膜５４の表面にプリコートしてもよい。
さらに、封止用金属６４は、図４の接合面４０ａに対応した領域にだけ、蓋体４８側もしくはパッケージ４０側に形成することができる。これにより、封止時にＡｕＳｎが不要に流れ出して、高価な材料の無駄を生じることが防止できる。
【００２７】
本発明は上述の実施形態に限定されない。実施形態の各構成はこれらを適宜省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明は、パッケージに被われるようにして、内部に圧電振動片を収容するものであれば、圧電振動子、圧電発振器等の名称にかかわらず、全ての圧電デバイスに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の圧電デバイスの実施形態を示す概略平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線概略切断端面図。
【図３】図１の圧電デバイスの蓋体を除いた概略平面図。
【図４】図１の圧電デバイスの蓋体とパッケージとの接合部分の拡大断面図。
【図５】従来の圧電デバイスの一例を示す概略断面図。
【符号の説明】
【００２９】
３０・・・圧電デバイス、３１・・・ベース基体、３２・・・圧電振動片、３３・・・電極部、３６，３７・・・振動腕、４０・・・パッケージ、４３・・・貫通孔、４８・・・蓋体、５４・・・金属膜、６４・・・封止用金属、６５・・・蓋側金属膜
【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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