(57)【要約】      （修正有）【課題】製造工程の簡易化が図れる上に、精度良く製造できる圧電デバイスの提供。【解決手段】圧電振動片２と、ガラス基板からなり圧電振動片２の一部が支持固定されたパッケージ本体４と、圧電振動片２を収容させる空間を有し、パッケージ本体４に固定された蓋体５と、を備えている。パッケージ本体４は貫通孔６、７を有し、貫通孔６、７の長さ方向の断面形状は両側の開口部に対して中央部が狭くなっている。また、貫通孔６、７の内周面に導電性膜１３が形成され、貫通孔６、７の長さ方向の中央部は導電性膜１３と同じ物質が充填されて閉塞されている。【選択図】図１
2011124752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動片と、
ガラス基板からなり前記圧電振動片の一部が支持固定されたパッケージ本体と、
前記圧電振動片を収容させる空間を有し、前記パッケージ本体に固定された蓋体と、を備え、
前記パッケージ本体は貫通孔を有し、前記貫通孔の長さ方向の断面形状は両側の開口部に対して中央部が狭くなっており、
さらに、前記貫通孔の内周面に導電性膜が形成され、かつ前記貫通孔の長さ方向の中央部は前記導電性膜と同じ物質で閉塞されていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記貫通孔は、前記パッケージ本体の内部であって前記貫通孔が形成される経路に沿ってレーザ光を照射させて変質部を形成させ、前記変質部をエッチングさせて形成させ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】
前記貫通孔の内周面の導電性膜の形成、および前記貫通孔の前記中央部の閉塞はメッキで行なわれていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
圧電振動片がパッケージ内に封入されている圧電デバイスの封止方法であって、
前記パッケージの一部はガラス基板からなり、
前記ガラス基板に貫通孔を形成させるために、前記ガラス基板の内部であって前記貫通孔が形成される経路に沿ってレーザ光を照射させて変質部を形成させる第１の工程と、
前記変質部をエッチングさせて前記貫通孔を形成させる第２の工程と、
前記貫通孔に対してメッキを行い、前記ガラス基板の内側と外側を電気的に接続させるとともに、前記貫通孔の中央部を少なくとも塞ぐ第３工程と、
を備えることを特徴とする圧電デバイスの封止方法。
【請求項５】
前記第１の工程では、前記ガラス基板として前記貫通孔の長さよりも厚いガラス基板を用意し、用意した前記ガラス基板の表裏側を除く内部であって前記貫通孔が形成される経路に沿ってレーザ光を照射させて変質部を形成させることを特徴とする請求項４に記載の圧電デバイスの封止方法。
【請求項６】
前記第１の工程では、前記ガラス基板の所定領域に切断用の切断溝をさらに形成するために、前記ガラス基板の内部であって前記切断溝の形成領域の深さ方向に沿ってレーザ光を照射させ、かつ、前記深さ方向のレーザ光の照射を前記切断溝の形成領域の長さ方向において所定間隔で行なって変質部を形成させ、
前記第２の工程では、前記変質部をエッチングさせて前記切断溝を形成させることを特徴とする請求項４に記載の圧電デバイスの封止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動片をパッケージに封入した圧電デバイス、およびこの圧電デバイスの封止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の圧電デバイスとしては、例えば、特許文献１に記載されるものが知られている。
この従来の圧電デバイスは、圧電振動片と、この圧電振動片を収容するパッケージと、を備えている。パッケージは、圧電振動片が収容されセラミックなどからなる容器本体と、容器本体の開口部を塞ぐ蓋体とを備え、容器本体に蓋体が接合される。容器本体には、圧電振動片と容器本体の外側に設けた実装端子とを電気的に接続するために、導電スルーホールが形成されている。
【０００３】
容器本体は、複数の基板を積層して形成され、所望の形状を得るようにしている。このため、例えば、容器本体の製造は、まず、絶縁材料として酸化アルミニウム質のセラミックシートを成形する。次に、複数のシートに対して穴あけ加工や回路印刷などの加工処理をそれぞれ行う。さらに、その加工処理済みの複数のシートを積層して切断溝を形成し、その後に焼成する。
したがって、従来の圧電デバイスでは、その容器本体の製造工程が複雑化する上に、シートの成形から焼成に至る段階で大きな収縮が発生し、寸法精度が問題となる。このため、製造工程の簡易化が図れる上に、精度良く製造できる圧電デバイスの出現が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３１１０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の幾つかの態様の目的は、製造工程の簡易化が図れる上に、精度良く製造できる圧電デバイスの提供、およびその圧電デバイスの封止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】
上記の課題を解決し本発明の目的を達成するために、本発明は、以下のように構成される。
本発明の圧電デバイスの態様の１つは、圧電振動片と、ガラス基板からなり前記圧電振動片の一部が支持固定されたパッケージ本体と、前記圧電振動片を収容させる空間を有し、前記パッケージ本体に固定された蓋体と、を備え、前記パッケージ本体は貫通孔を有し、前記貫通孔の長さ方向の断面形状は両側の開口部に対して中央部が狭くなっており、さらに、前記貫通孔の内周面に導電性膜が形成され、かつ前記貫通孔の長さ方向の中央部は前記導電性膜と同じ物質で閉塞されている。
このような構成によれば、製造工程の簡易化が図れる上に、精度良く製造することができる。
【０００７】
また、前記貫通孔は、前記パッケージ本体の内部であって前記貫通孔が形成される経路に沿ってレーザ光を照射させて変質部を形成させ、前記変質部をエッチングさせて形成させる。
このような構成によれば、貫通孔を形成するときに、レーザ光とエッチングにより所望の貫通孔を形成できる。
また、前記貫通孔の内周面の導電性膜の形成、および前記貫通孔の前記中央部の閉塞はメッキで行なわれている。
このような構成によれば、貫通孔の導通処理と閉塞処理が同時に実現できる。
【０００８】
さらに、本発明の圧電デバイスの封止方法の態様の１つは、圧電振動片がパッケージ内に封入されている圧電デバイスの封止方法であって、前記パッケージの一部はガラス基板からなり、前記ガラス基板に貫通孔を形成させるために、前記ガラス基板の内部であって前記貫通孔が形成される経路に沿ってレーザ光を照射させて変質部を形成させる第１の工程と、前記変質部をエッチングさせて前記貫通孔を形成させる第２の工程と、前記貫通孔に対してメッキを行い、前記ガラス基板の内側と外側を電気的に接続させるとともに、前記貫通孔の中央部を少なくとも塞ぐ第３工程と、を備える。
この方法によれば、製造工程の簡易化が実現できる上に、精度の良い圧電デバイスが得られる。
【０００９】
また、前記第１の工程では、前記ガラス基板として前記貫通孔の長さよりも厚いガラス基板を用意し、用意した前記ガラス基板の表裏側を除く内部であって前記貫通孔が形成される経路に沿ってレーザ光を照射させて変質部を形成させる。
これによれば、所望の貫通孔を得るための工程を簡素化できる。
さらに、前記第１の工程では、前記ガラス基板の所定領域に切断用の切断溝をさらに形成するために、前記ガラス基板の内部であって前記切断溝の形成領域の深さ方向に沿ってレーザ光を照射させ、かつ、前記深さ方向のレーザ光の照射を前記切断溝の形成領域の長さ方向において所定間隔で行なって変質部を形成させ、前記第２の工程では、前記変質部をエッチングさせて前記切断溝を形成させる。
これによれば、ガラス基板に貫通孔を形成する際に、併せてガラス基板に切断溝を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の圧電デバイスの実施形態の断面図を示す。
【図２】本発明の圧電デバイスの実施形態の変形例の一部を示す断面図を示す。
【図３】本発明の圧電デバイスの製造方法の実施形態の工程図である。
【図４】レーザ加工とエッチングの関係を説明する説明図である。
【図５】貫通孔のメッキによる充填状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
（圧電デバイスの実施形態）
図１は、本発明の圧電デバイスの実施形態の構成を示す断面図である。
この圧電デバイス１は、図１に示すように、水晶片などの圧電振動片２と、この圧電振動片２が収容されるパッケージ３とを備え、圧電振動片２はパッケージ３内に封入されるようになっている。
【００１２】
パッケージ３は、図１に示すように、圧電振動片２の一部が支持固定されるパッケージ本体４と、圧電振動片２を収容させる空間を有し、パッケージ本体４に固定される蓋体５と、を備えている。
パッケージ本体４は、光を透過させるガラス基板（ガラス板）からなり、珪ホウ化ガラス、強化ガラスなどが使用される。パッケージ本体４の所定位置には、内側から外側に貫通する貫通孔６、７がそれぞれ形成されている。
【００１３】
貫通孔６、７のそれぞれは、長さ方向の断面形状は両側の開口部が広く、その両側の開口部に対して中央部が狭くなっている。具体的には、図１または図４に示すように、貫通孔６、７のそれぞれの直径は、その両側の開口部が一番大きく、その両側の開口部から中央部に向けて徐々に小さくなるように形成されている。言い換えると、貫通孔６、７のそれぞれは、長さ方向の断面形状が鼓型となっている。
【００１４】
貫通孔６は、パッケージ本体４の内側面上と外側面上に銅メッキなどで形成させた配線パターン８、１０を電気的に接続（導通）させるために、貫通孔６の内周面に導電性膜が形成されている。また、貫通孔６の中央部は、その導電性膜と同じ物質の充填によって閉塞されている。
具体的には、貫通孔６の内周面には、スパッタなどによりＣｒ−Ａｕなどの導電性薄膜（図示せず）が形成され、その導電性薄膜上に銅メッキなどにより導電性膜１３が形成されている。さらに、貫通孔６の少なくとも中央部は、銅メッキなどにより導電性膜１３と同じ物質が充填されて塞がれている。導電性膜１３は、配線パターン８、１０と接続されている。
【００１５】
同様に、貫通孔７は、パッケージ本体４の内側面上と外側面上に銅メッキなどで形成させた配線パターン９、１１を電気的に接続させるために、貫通孔７の内周面に導電性膜が形成されている。また、貫通孔７の中央部は、その導電性膜と同じ物質の充填によって閉塞されている。
具体的には、貫通孔７の内周面には、スパッタなどによりＣｒ−Ａｕなどの導電性薄膜（図示せず）が形成され、その導電性薄膜上に銅メッキなどにより導電性膜１５が形成されている。さらに、貫通孔７の少なくとも中央部は、銅メッキなどにより導電性膜１５と同じ導電性物質が充填されて塞がれている。導電性膜１５は、配線パターン９、１１と接続されている。
【００１６】
圧電振動片２は、その一端側に設けた電極（図示せず）が導電性シリコン樹脂１６を介して配線パターン８に固定されている。
蓋体５は、金属からなりプレス加工により成形され、圧電振動片２を収容するための空間である収容部が形成されている。蓋体５に使用される金属は、Ｆｅ系合金、銅系合金、Ａｌ系合金などがあげられる。ステンレス鋼は、表面のメッキ処理が不要となる点で好ましい。
【００１７】
このような構成の蓋体５は、圧電振動片２を覆うようにパッケージ本体４に固定されている。この蓋体５の固定は、蓋体５をパッケージ本体４にろう材１７で接着することにより行う。
以上のように、この実施形態に係る圧電デバイスは、熱収縮の小さいガラス基板を使用するようにしたので、従来に比べて製造工程の簡易化が実現できる上に、精度の良い圧電デバイスを得ることができる。
また、この実施形態に係る圧電デバイスでは、貫通孔に対してメッキを行う場合には、導通処理と閉塞処理が同時に実現できる。
【００１８】
（圧電デバイスの変形例）
次に、本発明の圧電デバイスの変形例について、図２を参照して説明する。
この変形例は、図１に示す圧電デバイス１の構成を基本にし、圧電振動片２のパッケージ本体４への搭載の方法を異なるようにしたものである。
このため、図１に示す圧電デバイス１と同一要素には同一符号を付してその説明を省略する。
【００１９】
図２（Ａ）に示す圧電デバイス１ａは、図１に示す導電性シリコン樹脂１６に代えて、圧電振動片２の一端側を、金属板マウント部１８を介して配線パターン８に固定させるようにした。
図２（Ｂ）に示す圧電デバイス１ｂは、図１に示す導電性シリコン樹脂１６に代えて、パッケージ本体４に樹脂ベース・マウント部１９を形成し、その樹脂ベース・マウント部１９上に配線パターン８を形成するようにした。そして、圧電振動片２の一端側を、樹脂ベース・マウント部１９上の配線パターン８に固定させるようにした。
【００２０】
（圧電デバイスの製造方法の実施形態）
次に、本発明の圧電デバイスの製造方法の実施形態ついて、図３〜図５を参照して説明する。
この例では、図１に示す圧電デバイス１をガラス基板を用いて一度に複数個（例えば数百個）製造する製造方法について説明する。
まず、図３（Ａ）に示すように、所定の厚さＴからなるガラス基板３０を用意する。この用意するガラス基板３０の厚さＴは、ガラス基板３０に形成される貫通孔６、７（図３（Ｅ）参照）の長さよりも厚いものとする。
ここで、その用意するガラス基板３０のサイズは、例えば縦横がそれぞれ５０ｍｍで厚さＴが０．４ｍｍである。
【００２１】
次に、図３（Ｂ）に示すように、ガラス基板３０の表裏側を除く内部であって、貫通孔６、７（図３（Ｅ）参照）を形成すべき経路に沿ってレーザ光を照射させて変質部（変質層）３１、３２をそれぞれ形成させる（図４参照）。レーザ光の照射は、レーザ光をレンズを用いて集光し、集光点をその経路に沿って走査（移動）させることにより行う。
また、ガラス基板３０の表裏側を除く内部であって、ガラス基板３０を切断するための切断溝３３、３４（図３（Ｅ）など参照）を形成すべき領域（位置）に、切断溝３３、３４の深さ方法に沿ってレーザ光を照射させる。さらに、その深さ方向のレーザ光の照射を、切断溝３３、３４のそれぞれの長さ方向において所定間隔で行う。これにより、切断溝３３、３４が形成されるべき領域に、変質部３５、３６がそれぞれ形成される（図４参照）。
【００２２】
ここで、レーザ光の照射条件の一例を示すと、波長が８００〔ｎｍ〕のフェムト秒レーザを使用し、そのスポット径は５〔μｍ〕、１パルス当りのエネルギーは２０〔μＪ〕である。
ガラス基板３０に形成される変質部３１、３２、３５、３６は、例えばガラス基板３０の密度、屈折率、機械的強度、その他の物理的特性が周囲とは異なって変質が生じた部分をいい、エッチングで容易に除去できる部分をいう。
【００２３】
次に、図３（Ｃ）〜（Ｅ）に示すように、ガラス基板３０に対して、所定の条件でエッチングを行う。エッチング液としては、例えば沸酸を使用する。
エッチングの初期には、ガラス基板３０は表裏面がエッチングされて、ガラス基板３０は徐々に薄くなっていく。そして、エッチングが変質部３１、３２まで進むと、ガラス基板３０は図３（Ｃ）の状態になる。
変質部３１、３２は、変質部３１、３２以外の部分に比べてエッチングの速度が３〜５倍である。このため、変質部３１、３２は高速でエッチングが開始され、これが開始された後のガラス基板３０は図３（Ｄ）の状態になる。
【００２４】
そして、エッチングが変質部３５、３６まで進むと、変質部３５、３６のエッチングが開始される。変質部３５、３６は、変質部３１、３２、３５、３６以外の部分に比べてエッチングの速度が３〜５倍である。このため、変質部３５、３６は高速でエッチングが行われる。
その後、変質部３１、３２、３５、３６のエッチングが進み、所定のタイミングでエッチングを終了すると、図３（Ｅ）のように、ガラス基板３０には所望の貫通孔６、７および切断溝３３、３４がそれぞれ形成される。
このように、この製造方法では、ガラス基板に貫通孔や切断溝を形成させるために、ガラス基板の内部にレーザ光により変質部を形成させ、その変質部のエッチング速度が変質部以外の部分に比べて高速であるという性質を利用して、所望の寸法の貫通孔や切断溝を形成するようにした。
【００２５】
そこで、図４を参照することにより、レーザ加工とエッチングの関係について詳細に説明する。
図４に示すように、所望の板厚ｔ、Ｄ３＝φを得るためのレーザ光による変質部３１の形成開始位置までの深さＹは、次の（１）式のようになる。
Ｙ＝｛Ａ（Ｔ−ｔ）−Ｔ｝／｛２（Ａ−１）｝・・・（１）
ここで、Ａ＝（変質部３１のエッチングレート）／（変質部３１以外のエッチングレート）である。また、Ｔはガラス基板３０のエッチング前の元の厚さであり（図３（Ａ）参照）、ｔはガラス基板３０のエッチング終了後の厚さである（図３（Ｅ）参照）。
【００２６】
そして、貫通孔６の開口部の寸法Ｄ１は次の（２）式で得られ、貫通孔６の最小径Ｄ３は次の（３）式で得られる。
Ｄ１＝Ｔ−ｔ−２Ｙ＋φ・・・（２）
Ｄ３≒φ・・・（３）
Ｄ３をφ以上とする場合はYを減少させる事により調整できる。その場合のＤ３の径は次式となる。
Ｄ３＝（Ｔ−ｔ−２Ｙ）−（Ｔ−２Ｙ）／Ａ＋φ
ここで、φはレーザ加工の径（変質部３１の径）である。
【００２７】
また、切断溝３３、３４に係るレーザ光による変質部３５、３６の形成開始位置までの深さＺは、次の（４）式で得られる。
Ｚ＝｛Ｔ−Ａ（Ｔ−ｔ）−Ｒ｝／｛２（１−Ａ）｝・・・（４）
ここで、Ｒは切断溝３３、３４部分のガラス基板３０の残りの肉厚の寸法である。
さらに、切断溝３３、３４の開口部の幅方法の寸法Ｄ２は、次の（５）式で得ることができる。
Ｄ２＝Ｔ−ｔ−２Ｚ＋φ・・・（５）
なお、エッチング液の濃度、ガラス材質、レーザー改質等のばらつきにより、上記計算式は多少ずれる事もある。また所望の厚さｔとなるようエッチング時間の調整が必要である。
【００２８】
次に、図３（Ｆ）に示すように、貫通孔６、７の内周面と、ガラス基板３０の表裏面上であって配線パターン８〜１１を形成する部分とに、Ｃｒ−Ａｕなどのスパッタにより導電性の薄膜（図示せず）をそれぞれ形成させる。このときのパターン形成には、リソグラフィ技術、メタルマスク方式などが使用される。
その後、その導電性の薄膜上に、導電率を高めるために銅メッキなどのメッキ処理を行う。これにより、図３（Ｇ）に示すように、ガラス基板３０に配線パターン８〜１１が形成されると同時に、貫通孔６、７の内周面に導電性膜１３、１５が形成される。このとき、銅メッキは同時に貫通孔６、７の内周面にそれぞれ析出されるので、最終的に貫通孔６、７の孔径の最小部（貫通孔の長さ方法の中心部）は、銅メッキにより閉塞状態となる（図５参照）。
【００２９】
メッキ工程では、最終段階においてＡｕフラッシュメッキを施し、耐食性とハンダ付け性の確保を図る。
次の工程では、ガラス基板３０上に図１に示す圧電振動片２を搭載させる。このときには、配線パターン８上に導電性シリコン樹脂１６を形成し（図１参照）、圧電振動片２の一端側を導電性シリコン樹脂１６を介して配線パターン８に固定させる。
導電性シリコン樹脂１６の配線パターン８上への形成は、例えばシリンジ式のディスペンサあるいはスクリーン印刷にて行う。
【００３０】
その後、ガラス基板３０上に搭載された圧電振動片２を覆うように、蓋体５をガラス基板３０上に固定させたのち、ガラス基板３０に設けた切断溝３３、３４を使用してガラス基板３０を切断すると、図１に示すような圧電デバイス１が得られる。
以上のように、このような製造方法によれば、熱収縮の小さいガラス基板を使用するようにしたので、従来に比べて製造工程の簡易化が実現できる上に、精度の良い圧電デバイスを得ることができる。
【００３１】
また、この製造方法によれば、熱収縮の小さいガラス基板を使用するようにしたので、セラミックスを使用する場合に比べて加工時の寸法変化がなく、ガラス基板の状態（ウエハ状態）で圧電振動片の搭載（組み込み）を行うことができる。
さらに、この製造方法によれば、ガラス基板に貫通孔を形成する際に、併せてガラス基板に切断溝を形成することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１、１ａ、１ｂ・・・圧電デバイス、２・・・圧電振動片、３・・・パッケージ、４・・・パッケージ本体、５・・・蓋体、６、７・・・貫通孔、８〜１１・・・配線パターン、１３、１５・・・導電性膜、１６・・・導電性シリコン樹脂、３０・・・ガラス基板、３１、３２、３５、３６・・・変質部、３３、３４・・・切断溝
【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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