(57)【要約】【課題】レーザーを金属片に照射することによって、パッケージのリッドに形成された貫通孔を塞ぐ際に、レーザーがキャビティーに侵入することを防止することができる圧電デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る圧電デバイス１００の製造方法は、金属板１０に、窪み部２２を形成するとともに窪み部２２の内面に貫通孔２４を形成して、リッド２０を形成する工程と、圧電振動片６０が収容されたパッケージベース３０に、窪み部２２がパッケージベース３０側に突出するようにリッド２０を固定する工程と、窪み部２２に金属片９０を配置する工程と、貫通孔２４を介して、キャビティー３２を減圧する工程と、金属片９０にレーザーＬ１を照射して金属片９０を溶融させ、貫通孔２４を塞ぐ工程と、を含み、リッド２０を形成する工程では、貫通孔２４を、金属板１０の厚み方向と直交する方向に向けて形成する。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板に、窪み部を形成するとともに前記窪み部の内面に貫通孔を形成して、パッケージベースのキャビティーを封止するためのリッドを形成する工程と、
圧電振動片が収容された前記パッケージベースに、前記窪み部が前記パッケージベース側に突出するように前記リッドを固定する工程と、
前記窪み部に金属片を配置する工程と、
前記貫通孔を介して、前記キャビティーを減圧する工程と、
前記金属片にレーザーを照射し前記金属片を溶融させて、前記貫通孔を塞ぐ工程と、
を含み、
前記リッドを形成する工程では、
前記貫通孔を、前記金属板の厚み方向と直交する方向に向けて形成する、圧電デバイスの製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記リッドを形成する工程では、
前記金属板を前記厚み方向から平面視して、前記金属板に、互いに対向する一対の切れ込み部を形成し、前記一対の切れ込み部に挟まれた前記金属板の領域を加圧することによって、前記窪み部および前記貫通孔を形成する、圧電デバイスの製造方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記リッドを形成する工程では、
前記領域が前記厚み方向に窪むことにより、前記一対の切り込み部の一方によって前記貫通孔の一方の開口が形成され、前記一対の切り込み部の他方によって前記貫通孔の他方の開口が形成され、
前記リッドを前記厚み方向から平面視して、前記一方の開口および前記他方の開口は、見えない、圧電デイバスの製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記金属片を配置する工程の前に、少なくとも前記窪み部の内面にめっき処理を行う工程をさらに含む、圧電デバイスの製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記金属片は、球状であり、
前記金属片の直径は、前記窪み部の深さより大きい、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、圧電デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回転系の回転角速度を検出するための角速度センサーとして、圧電振動片を容器に収納した圧電デバイスが用いられてきた。圧電デバイスは、カーナビゲーションや、スチルカメラの手振れの検出などに利用されている。
【０００３】
一般的に、圧電デバイスとしては、水晶などの圧電振動片をリード等で支持してパッケージベース内に固定し、パッケージベースのキャビティーをリッドで気密に封止する構造が採用されている。例えば特許文献１では、真空中においてビームを金属球に照射し金属球を溶融させることにより、リッドに形成された貫通孔を塞ぐことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１７１１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、レーザーを金属片に照射することによって、パッケージのリッドに形成された貫通孔を塞ぐ際に、レーザーがキャビティーに侵入することを防止することができる圧電デバイスの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上述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、以下の態様または適用例として実現することができる。
【０００７】
［適用例１］
金属板に、窪み部を形成するとともに前記窪み部の内面に貫通孔を形成して、パッケージベースのキャビティーを封止するためのリッドを形成する工程と、
圧電振動片が収容された前記パッケージベースに、前記窪み部が前記パッケージベース側に突出するように前記リッドを固定する工程と、
前記窪み部に金属片を配置する工程と、
前記貫通孔を介して、前記キャビティーを減圧する工程と、
前記金属片にレーザーを照射し前記金属片を溶融させて、前記貫通孔を塞ぐ工程と、
を含み、
前記リッドを形成する工程では、
前記貫通孔を、前記金属板の厚み方向と直交する方向に向けて形成する、圧電デバイスの製造方法。
このような圧電デバイスの製造方法によれば、前記レーザーを前記厚み方向から照射して前記金属片を溶融させる際に、前記貫通孔を介して前記レーザーが前記キャビティーに侵入し、前記キャビティーに収容された部材（前記圧電振動片やリードなど）が損傷することを防止することができる。
【０００８】
［適用例２］
適用例１において、
前記リッドを形成する工程では、
前記金属板を前記厚み方向から平面視して、前記金属板に、互いに対向する一対の切れ込み部を形成し、前記一対の切れ込み部に挟まれた前記金属板の領域を加圧することによって、前記窪み部および前記貫通孔を形成する、圧電デバイスの製造方法。
このような圧電デバイスの製造方法によれば、前記窪み部を形成するために前記リッドとは別の部材を要せず、前記リッドの一部として、一体的に形成することができる。したがって、簡易な方法で、圧電デバイスを製造することができる。
【０００９】
［適用例３］
適用例２において、
前記リッドを形成する工程では、
前記領域が前記厚み方向に窪むことにより、前記一対の切り込み部の一方によって前記貫通孔の一方の開口が形成され、前記一対の切り込み部の他方によって前記貫通孔の他方の開口が形成され、
前記リッドを前記厚み方向から平面視して、前記一方の開口および前記他方の開口は、見えない、圧電デイバスの製造方法。
このような圧電デバイスの製造方法によれば、確実に、前記貫通孔を介して前記レーザーが前記キャビティーに侵入することを防止することができる。
【００１０】
［適用例４］
適用例１ないし３のいずれか１例において、
前記金属片を配置する工程の前に、少なくとも前記窪み部の内面にめっき処理を行う工程をさらに含む、圧電デバイスの製造方法。
このような圧電デバイスの製造方法によれば、前記窪み部の内面の前記金属片に対する濡れ性を向上させることができる。
【００１１】
［適用例５］
適用例１ないし４のいずれか１例において、
前記金属片は、球状であり、
前記金属片の直径は、前記窪み部の深さより大きい、圧電デバイスの製造方法。
このような圧電デバイスの製造方法によれば、前記金属片を前記窪み部に配置した後に、前記金属片が前記貫通孔を介して前記キャビティーに侵入することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係る圧電デバイスを模式的に示す斜視図。
【図２】本実施形態に係る圧電デバイスを模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係る圧電デバイスの圧電振動片を模式的に示す平面図。
【図４】本実施形態に係る圧電デバイスの圧電振動片の動作を説明するための図。
【図５】本実施形態に係る圧電デバイスの圧電振動片の動作を説明するための図。
【図６】本実施形態に係る圧電デバイスの製造工程を模式的に示す平面図。
【図７】本実施形態に係る圧電デバイスの製造工程を模式的に示す斜視図および断面図。
【図８】本実施形態に係る圧電デバイスの製造工程を模式的に示す斜視図および断面図。
【図９】本実施形態に係る圧電デバイスの製造工程を模式的に示す斜視図および断面図。
【図１０】本実施形態に係る圧電デバイスの製造工程を模式的に示す斜視図および断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
１．  圧電デバイス
まず、本実施形態に係る圧電デイバス１００について、図面を参照しながら説明する。図１は、圧電デイバス１００を模式的に示す斜視図である。図２は、圧電デイバス１００を模式的に示す図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図３は、圧電デバイス１００の圧電振動片６０を模式的に示す平面図である。図４および図５は、圧電デバイス１００の圧電振動片６０の動作を説明するための図である。なお、図１では、便宜上、リッド２０の一部を透視して示している。
【００１５】
以下では、圧電振動片６０として、いわゆるダブルＴ型圧電振動片を用いた例について説明するが、これに限定されず、圧電デバイス１００は、圧電振動片６０として、音叉型振動片、双音叉型振動片、ＡＴ振動片、ウォーク型振動片などを用いることもできる。
【００１６】
圧電デバイス１００は、図１および図２に示すように、リッド２０と、パッケージベース３０と、支持基板４０と、リード５０と、圧電振動片６０と、ＩＣチップ７０と、を含むことができる。
【００１７】
パッケージベース３０は、キャビティー３２を有する。キャビティー３２は、圧電振動片６０等を収容することができる。キャビティー３２は、圧電振動片６０が動作するための空間となる。パッケージベース３０の材質としては、例えば、セラミック、ガラスなど挙げることができる。
【００１８】
リッド２０は、パッケージベース３０上に固定されている。リッド２０の材質としては、例えば、４２アロイ（鉄にニッケルが４２％含有された合金）やコバール（鉄、ニッケルおよびコバルトの合金）等の金属を挙げることができる。リッド２０およびパッケージベース３０によって、パッケージが構成されている。
【００１９】
リッド２０には、厚み方向（例えばＺ軸方向）に突出した窪み部２２が形成されている。窪み部２２は、パッケージベース３０側に突出している。窪み部２２内には、金属片９２が形成されている。金属片９２の材質としては、例えば、金ゲルマニウム（Ａｕ／Ｇｅ）、金すず（Ａｕ／Ｓｎ）などを挙げることができる。リッド２０および金属片９２によって、キャビティー３２は、気密され、減圧空間（例えば真空状態）に設置されている。これにより、圧電デバイス１００の角速度の検出感度を向上させることができる。
【００２０】
支持基板４０は、キャビティー３２に収容されている。図示の例では、支持基板４０は、リード５０を介してパッケージベース３０に固定されている。支持基板４０の材質としは、例えば、ポリイミドなどの樹脂を挙げることができる。支持基板４０は、支持基板４０の上面から下面まで貫通している開口部４２を有することができる。
【００２１】
リード５０は、キャビティー３２に収容されている。リード５０の材質としは、例えば、銅、金、ニッケル、または、これらの合金などを挙げることができる。図示の例では、リード５０は、支持基板４０の下面側から、開口部４２を介して、支持基板４０の上面側まで、延びている。リード５０の一方側の端部５２（支持基板４０の下側に位置する端部）の上面は、例えば、接着材によって支持基板４０の下面と接着されている。一方側の端部５２の下面は、例えば、ろう材８０によってパッケージベース３０の内面に形成された配線８４と接着されている。リード５０の他方側の端部５４（支持基板４０の上側に位置する端部）の上面は、例えば熱圧着によって圧電振動片６０に形成された端子（図示せず）と接着されている。
【００２２】
圧電振動片６０は、キャビティー３２に収容されている。圧電振動片６０は、リード５０によって、支持基板４０の上方に支持されている。圧電振動片６０の材質としては、例えば、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電単結晶や、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電セラミックスなどの圧電材料を用いることができる。また、圧電振動片６０は、シリコン半導体の表面の一部に、電極に挟まれた酸化亜鉛、窒化アルミニウム等の圧電薄膜を形成した構造であってもよい。
【００２３】
圧電振動子６０を有する圧電デバイス１００は、物理量に応じて圧電振動片６０の周波数が変動することを利用して、その物理量を検出するセンサーとして機能することができる。より具体的には、圧電デバイス１００は、加速度によって発生する応力、角速度によって発生するコリオリ力などを、検出するジャイロセンサーとして機能することができる。
【００２４】
圧電振動片６０は、図３に示すように、基部６１と、一対の連結腕６２と、一対の検出振動腕６３と、一対の第１駆動振動腕６４と、一対の第２駆動振動腕６５と、を含む。
【００２５】
一対の連結腕６２は、基部６１から、Ｘ軸に沿って、互いに反対方向に延出している。一対の検出振動腕６３は、基部６１から、Ｙ軸に沿って、互いに反対方向に延出している。一対の第１駆動振動腕６４は、一対の連結腕６２の一方から、Ｙ軸に沿って、互いに反対方向に延出している。一対の第２駆動振動腕６５は、一対の連結腕６２の他方から、Ｙ軸に沿って、互いに反対方向に延出している。
【００２６】
図示の例では、振動腕６３，６４，６５の先端部には、錘部６６が形成されている。錘部６６の幅（Ｘ軸方向の大きさ）は、振動腕６３，６４，６５の幅より大きい。これにより、圧電デバイス１００の検出感度を向上させることができる。
【００２７】
角速度が加わらない状態において、駆動振動腕６４，６５に形成された駆動電極（図示せず）に電圧が印加されると、駆動振動腕６４，６５は、図４に示すように、矢印Ａに示す方向に屈曲振動を行う。このとき、第１駆動振動腕６４と第２駆動振動腕６５とは、圧電振動片６０の重心Ｇを通るＹ軸方向に沿う線（図示せず）関して線対称の振動を行う。そのため、基部６１、連結腕６２、および検出用振動腕６３は、ほとんど振動しない。
【００２８】
駆動振動腕６４，６５がＡ方向の駆動振動を行っている状態で、圧電振動片６０にＺ軸周りの角速度ωが加わると、圧電振動片６０は図５に示すような振動を行う。すなわち、駆動振動系を構成する駆動振動腕６４，６５および連結腕６２に矢印Ｂ方向のコリオリの力が働き、新たな振動が励起される。この矢印Ｂ方向の振動は、重心Ｇに対して周方向の振動である。また同時に、検出振動腕６３は、矢印Ｂの振動に呼応して、矢印Ｃ方向の検出振動が励起される。そして、この振動により発生した圧電材料の歪みを、検出振動腕６３に形成した検出電極（図示せず）が検出して角速度が求められる。
【００２９】
ＩＣチップ７０は、図２に示すように、キャビティー３２収容されている。図示の例では、ＩＣチップ７０は、ろう材８２によって、パッケージベース３０の底面（内側の底面）に実装されている。ＩＣチップ７０は、例えばワイヤー８６によって、パッケージベース３０に形成された配線８４と電気的に接続されている。なお、図示はしないが、ＩＣチップ７０は、パッケージベース３２の外部に設けられていてもよい。ＩＣチップ７０には、圧電振動片６０を駆動振動させるための駆動回路と、角速度が加わったときに圧電振動片６０に生じる検出振動を検出する検出回路と、が組み込まれている。
【００３０】
２．  圧電デバイスの製造方法
次に、本実施形態に係る圧電デバイス１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図６は、圧電デバイス１００の製造工程を模式的に示す平面図である。図７〜図１０は、圧電デバイス１００の製造工程を模式的に示す図である。なお、図７〜図１０において、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図であり、（ｃ）は図（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。また、図７〜図１０の斜視図では、便宜上、リッド２０の一部を透視して示している。
【００３１】
図６に示すように、リッド２０となる金属板１０を準備し、金属板１０に切れ込み部１４ａ，１４ｂを形成する。金属板１０は、例えば、Ｚ軸方向に厚みを有し、金属板１０の平面形状は、ＸＹ平面に展開されている。
【００３２】
切れ込み部１４ａ，１４ｂは、金属板１０の厚み方向（Ｚ方向）から平面視して、互いに対向するように形成される。図示の例では、切れ込み部１４ａ，１４ｂは、互いに平行である。切れ込み部１４ａ，１４ｂは、金属板１０の一方側の主面（例えば表面）と他方側の主面（例えば裏面）とを貫通して形成されていてもよい。切れ込み部１４ａ，１４ｂの形成方法は、特に限定されないが、例えば、プレス加工などが挙げられる。
【００３３】
図７に示すように、金属板１０に、窪み部２２および貫通孔２４を形成してリッド２０を形成する。より具体的には、切れ込み部１４ａ，１４ｂに挟まれた金属板１０の領域１２（図６参照）を、Ｚ軸方向から加圧する。これにより、Ｚ軸方向に突出した窪み部２２が形成される。その際、切り込み部１４ａ，１４ｂによって、窪み部２２の内面に貫通孔２４が形成される。
【００３４】
詳述すると、領域１２がＺ軸方向に窪むことにより、図７（ｂ）に示すように、例えば、一方の切り込み部１４ａによって貫通孔２４の一方の開口２４ａが形成され、他方の切り込み部１４ｂによって貫通孔２４の他方の開口２４ｂが形成される。貫通孔２４の向きは、Ｚ軸方向と直交する方向（図示の例ではＹ軸方向）である。ここで、「貫通孔２４の向き」とは、例えば、一方の開口２４ａの少なくとも一部と、他方の開口２４ｂの少なくとも一部とが、重なって見える方向ともいえる。例えば、リッド２０をＺ軸方向から平面視して、第１開口２４ａおよび第２開口２４ｂは、見えないように形成されている。
【００３５】
窪み部２２の断面形状は、図７（ｃ）に示すように、例えば、Ｕ字形状である。貫通孔２４の断面形状は、例えば、半円の形状である。
【００３６】
領域１２への加圧は、例えば、絞り加工によって行われてもよい。すなわち、図示はしないが、金属板１０を工具で固定し、領域１２を、パンチによって一方の主面側から他方の主面側に設置されたダイスに押し込むことによって加工してもよい。例えば、使用するパンチを、径の小さいものから径の大きいものに徐々に移行して加工してもよい。これにより、窪み部２２の寸法精度の向上を図ることができる。
【００３７】
図８に示すように、窪み部２２がパッケージベース３０側に突出するように、パッケージベース３０上にリッド２０を固定する。パッケージベース３０とリッド２０との固定（接合）は、例えば、シーム溶接、プラズマ溶接、超音波接合、接着剤などによって行われる。なお、パッケージベース３０のキャビティー３２には、例えば、支持基板４０、リード５０、圧電振動片６０、およびＩＣチップ７０が収容されている。
【００３８】
図９に示すように、窪み部２２に金属片９０を配置する。金属片９０の形状は、例えば、球状である。金属片９０の直径９０Ｄは、例えば、窪み部２２の深さ２２Ｈ（Ｚ軸方向の大きさ）より大きい。金属片９０は、図１および図２に示した金属片９２と同じ材料からなることができる。
【００３９】
なお、窪み部２２に金属片９０を配置する前に、窪み部２２の内面（金属片９０が配置される面）に、めっき処理を行ってもよい。より具体的なめっき処理としては、金めっき処理などが挙げられる。めっき処理は、窪み部２２に金属片９０を配置する前であれば、窪み部２２を形成した後に行われてもよいし、窪み部２２を形成する前に行われてもよい。
【００４０】
次に、貫通孔２４を介して、キャビティー３２を減圧する。これにより、キャビティー３２を真空状態（真空度が高い高真空状態）にすることができる。
【００４１】
図１０に示すように、キャビティー３２を高真空状態に保ちながら、金属片９０にレーザーＬ１を照射する。そして、金属片９０を溶融させ、図１および図２に示すように、貫通孔２４を塞ぐ。これにより、キャビティー３２は、気密される。溶融した金属片９２の形状は、キャビティー３２を気密できれば特に限定されない。  
【００４２】
レーザーＬ１は、レーザー照射手段３から照射される。レーザーＬ１は、Ｚ軸方向に進行するように照射される。レーザーＬ１の条件は、金属片９０を溶融できれば特に限定されないが、例えば、ＹＡＧレーザーの基本波（波長１０６４ｎｍ）を用いることができる。
【００４３】
以上の工程により、圧電デバイス１００を製造することができる。
【００４４】
本実施形態に係る圧電デバイス１００の製造方法は、例えば、以下の特徴を有する。
【００４５】
圧電デバイス１００の製造方法によれば、キャビティー３２を減圧するための貫通孔２４を、金属板１０の厚み方向（Ｚ軸方向）と直交する方向（例えばＹ軸方向）に向けて形成することができる。そのため、レーザーＬ１をＺ軸方向から照射して金属片９０を溶融させる際に、貫通孔２４を介してレーザーＬ１がキャビティー３２に侵入し、キャビティー３２に収容された部材（圧電振動片６０やリード５０など）が損傷することを防止することができる。
【００４６】
圧電デバイス１００の製造方法によれば、貫通孔２４をリッド２０に形成することができる。そのため、キャビティーを減圧するための貫通孔がパッケージベースの底面に形成される場合に比べて、パッケージベース３０の小型化（すなわち、圧電デバイス１００の小型化）を図ることができる。パッケージベースの底面には、例えば、ＩＣチップが形成されるため、貫通孔をパッケージベースの底面に形成する場合は、別途領域を確保する必要があり、パッケージベースが大きくなってしまうことがある。
【００４７】
圧電デバイス１００の製造方法によれば、切り込み部１４ａ，１４ｂに挟まれた領域１２を加圧することによって、窪み部２２および貫通孔２４を形成することができる。すなわち、窪み部２２を形成するためにリッド２０とは別の部材を要せず、リッド２０の一部として、一体的に形成することができる。したがって、簡易な方法で、圧電デバイス１００を製造することができる。
【００４８】
圧電デバイス１００の製造方法によれば、リッド２０をＺ軸方向から平面視して、第１開口２４ａおよび第２開口２４ｂは、見えないように貫通孔２４を形成することができる。これにより、確実に、貫通孔２４を介してレーザーＬ１がキャビティー３２に侵入することを防止することができる。
【００４９】
圧電デバイス１００の製造方法によれば、少なくとも窪み部２２の内面に、めっき処理を行うことができる。これにより、窪み部２２の内面の金属片９０（金属片９２）に対する濡れ性を向上させることができる。
【００５０】
圧電デバイス１００の製造方法によれば、球状である金属片９０の直径は、窪み部２２の深さより大きい。これにより、金属片９０を窪み部２２に配置した後に、金属片９０が貫通孔２４を介してキャビティー３２に侵入することを防止することができる。
【００５１】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００５２】
３  レーザー照射手段、１０  金属板、１２  領域、１４ａ  一方の切り込み部、
１４ｂ  他方の切り込み部、２０  リッド、２２  窪み部、２４  貫通孔、
２４ａ  一方の開口、２４ｂ  他方の開口、３０  パッケージベース、
３２  キャビティー、４０  支持基板、４２  開口部、５０  リッド、
５２  一方側の端部、５４  他方側の端部、６０  圧電振動片、６１  基部、
６２  連結腕、６３  検出振動腕、６４  第１駆動振動腕、６５  第２駆動振動腕、
６６  錘部、７０  ＩＣチップ、８０  ろう材、８２  ろう材、８４  配線、
８６  ワイヤー、９０  金属片、９２  金属片、１００  圧電デバイス
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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