(57)【要約】      （修正有）【課題】ハンダや金錫等の封止材による封止構造を持つ圧電デバイスであって、封止材が圧電片に付着しにくい構造の圧電デバイスを提供する。【解決手段】圧電デバイス１０は、凹部１１ａ及び壁部１１ｂを有する容器１１と、凹部内に収容された圧電片１３と、容器に接合された蓋部材１５と、前記接合用の封止材１７と、を具える。蓋部材は、凹部とは反対面である第１面１５ａの縁領域に厚み方向に凹んだ第１切欠き部１５ｂを具える。壁部は、その天面１１ｂａ付近の凹部１１ａ側に蓋部材を受ける第２切欠き部１１ｂｂを具える。封止材は、第１切欠き部と第２切欠き部とを含む蓋部材の第１面側の領域１５ａで、容器と蓋部材とを接合している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電片を収納する凹部及びその周囲に壁部を有する容器と、前記凹部内に収容された圧電片と、前記容器に接合された蓋部材と、前記接合用の封止材と、を具える圧電デバイスにおいて、
前記蓋部材の前記凹部側とは反対面である第１面と、前記壁部の天面との間に、段差部を具え、
前記封止材は、前記蓋部材の前記第１面の縁領域と、前記壁部の天面及び又は前記壁部の天面付近の内壁面との間で、前記容器と蓋部材とを接合していること
を特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記蓋部材は、その縁領域に前記第１面側から厚み方向に凹んだ前記段差部としての第１切欠き部を具え、前記壁部は、その天面付近の前記凹部側に前記蓋部材を受ける第２切欠き部を具え、
前記封止材は、前記第１切欠き部と前記第２切欠き部とを含む前記第１面側の領域で、前記容器と前記蓋部材とを接合していること
を特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記第１面と前記壁部の天面とは同じ高さであることを特徴とする請求項２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記壁部はその天面付近の前記凹部側に前記蓋部材の厚さより深いかつ前記第１面との間に前記段差部を生じさせる切欠き部を具え、
前記封止材は、前記壁部の天面及び又は前記壁部の天面付近の内側面と前記蓋部材の縁領域とを含む前記第１面側の領域で、前記容器と前記蓋部材とを接合していること
を特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記蓋部材は、その縁領域に前記第１面側から厚み方向に凹んだ前記段差部としての第１切欠き部を具え、
前記壁部は、その天面付近の前記凹部側に、前記蓋部材の厚さより浅くかつ壁部の天面が前記蓋部材の第１切欠き部の底面と面一になる第２切欠き部を具え、
前記封止材は、前記第１切欠き部と前記壁部の天面とを含む前記第１面側の領域で、前記容器と前記蓋部材とを接合していること
を特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項６】
前記封止材がロー材であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
【請求項７】
前記封止材がハンダ、銀ロー又は金錫であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項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、封止材を用いた封止構造を有する水晶振動子、水晶発振器等の圧電デバイスに関し、特にハンダ等のロー材を用いた厚みすべり振動で動作する圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
周波数の選択と制御に用いる電子デバイスとして、圧電デバイスは不可欠なものとなっている。このような圧電デバイスは、容器と、蓋部材と、これら容器及び蓋部材で構成される気密空間に実装された圧電片と、を具える。またその一例として、容器と蓋部材とをハンダや金錫合金等の封止材によって接合する構造の圧電デバイスがある。
【０００３】
例えば特許文献１には、封止材として金錫や銀ローを用いた構造の水晶デバイスが開示されている（特許文献１の要約、段落２８等）。さらに、この特許文献１には、水晶素子（圧電片）に封止材が付着してこの水晶デバイスの周波数安定性が低下することを防止する構造が開示されている。すなわち、基板と、この基板上の外周縁に沿って設けられた枠体と、基板上でかつ枠体内に実装された圧電片と、絞り加工された蓋部材と、封止材とを具えた圧電デバイスにおいて、枠体の外側面と蓋部材の内側面とを封止材で接合した構造の圧電デバイスが開示されている（特許文献１の図２等）。
【０００４】
特許文献１に開示されたこの圧電デバイスでは、封止材が、枠体の外側面と封止蓋体の内側面との間にあり、圧電片が実装されている空間には露出されない構造である。このため、封止工程で封止材から例えば錫成分やバインダ等の有機物が蒸発したり、経時的に何らかの物質が蒸発しても、それらは、一般的な封止構造に比べて、圧電片に及び難いため、圧電デバイスでの周波数の不安定は生じ難いという。なお、一般的な封止構造とは、上記枠体の天面と、蓋体の縁の枠体側の面との間を、封止材で接合する構造である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−７０５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された圧電デバイスであっても、封止材はやはり蓋部材の内側すなわち圧電片側に存在するため、封止材から蒸発した物質等が圧電片の表面に及ぶおそれは依然として残っている。従って、圧電デバイスの周波数安定度をさらに改善するためには、さらなる改善が望まれる。
この出願はこのような点に鑑みなされたものであり、従って、この出願の目的は上記問題点を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的の達成を図るため、この出願に係る発明者が鋭意検討した結果、封止材自体を極力、蓋部材の圧電片側とは反対側の面に配置し、このような配置位置で蓋部材と容器とを接合することを検討した。然も、接合材の位置が特定できるよう、接合材の流れを制約する段差部を有した構造も加味するのが良いと考えた。
【０００８】
従って、この発明の圧電デバイスは、圧電片を収納する凹部及びその周囲に壁部を有する容器と、前記凹部内に収容された圧電片と、前記容器に接合された蓋部材と、前記接合用の封止材と、を具える。さらに、この圧電デバイスは、前記蓋部材の前記容器の凹部側とは反対面である第１面と、前記壁部の天面との間に、段差部を具える。
そして、封止材は、前記蓋部材の前記第１面の縁領域と、前記壁部の天面及び又は前記壁部の天面付近の内壁面との間で、前記容器と蓋部材とを接合していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の圧電デバイスは、ハンダ、金錫等の封止材が、蓋部材の圧電片側とは反対面である第１面側で、容器と蓋部材とを接合している構造を有したデバイスである。従って、封止材は圧電片が収容される空間側に露出されない構造となる。このため、封止材から封止時や製品完成後に経時的に出る封止材中の成分が圧電片に付着することを防止できるので、圧電デバイスの周波数安定性の向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、第１実施形態の圧電デバイス１０を説明する図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態各々の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照してこの出願の圧電デバイスの発明の実施形態について説明する。なお、説明に用いる各図はこの発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の説明中で述べる構造例、使用部材等は、この発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。
【００１２】
１． 第１実施形態
図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、第１実施形態の圧電デバイス１０を説明する図であり、特に、（Ａ）図は上面図、（Ｂ）図は（Ａ）図中のＰ−Ｐ線に沿う断面図、（Ｃ）図は底面図である。ただし、（Ａ）図では、圧電デバイス１０の内部の部材（圧電片１３等々）を破線により示してある。また、図２（Ａ）は、第１実施形態の圧電デバイス１０の要部である封止構造部分、具体的には、図１（Ｂ）中のＱ部分を拡大して示した図である。
【００１３】
この第１実施形態の圧電デバイス１０は、容器１１と、圧電片１３と、蓋部材１５と、封止材１７とを具える。そして、各構成成分は以下のような構造としてある。
容器１１は、圧電片１３を収納する凹部１１ａ及びその周囲に壁部１１ｂを有する。さらに、容器１１は、凹部１１ａの底面であってその一端側に、圧電片１３と接続される接続パッド１１ｃを具え、さらに、容器の外側の底面に外部接続端子１１ｄを具える。さらに、容器１１は、その底板に図示しないビア配線を具えていて、このビア配線により接続パッド１１ｃと外部接続端子１１ｄとを接続してある。この容器１１は、例えばセラミックパッケージで構成できる。
【００１４】
圧電片１３は、典型的には、厚みすべりモードで振動する圧電片である。具体的には、ＡＴカット水晶片、又は、ＳＣカット水晶片に代表される２回回転水晶片である。圧電片は、これらに限られず、屈曲振動系のもの、輪郭振動系のもの等、他のものでも良い。ただし、厚みすべり振動する圧電片の方が、それ以外のものに比べ、封止材が付着した場合の影響が大きいので、本発明の効果が有効に現れる。    
圧電片１３は、容器１１の接続パッド１１ｃに、例えば導電性接着剤１９によって接続固定してある。なお、図示を省略しているが、圧電片１３は励振用電極や引出電極を具えている。また、この例では圧電片１３は容器１１に片持ち保持された構造となっているが、両持ち構造等の他の構造であっても良い。
【００１５】
圧電片１３を実装した容器１１は、封止材１７によって、蓋部材１５により封止してあるが、この封止構造が本発明の特徴であり、以下の様な構造としてある。
先ず、蓋部材１５は、平板のものとしている。この蓋部材１５は、典型的には金属、例えばコバール等で構成できる。そして、この発明の圧電デバイスでは、蓋部材１５の、容器１１の凹部１１ａ側とは反対面である第１面１５ａと、容器１１の壁部１１ｂの天面１１ｂａとの間に、段差部２１を具える。この段差部２１は、この第１の実施形態の場合は、以下のように構成してある。すなわち、蓋部材１５は、図２（Ａ）に示したように、その縁領域に蓋部材の第１面１５ａ側から蓋部材の厚み方向に所定深さΔＨだけ凹んだ、段差部２１としての第１切欠き部１５ｂを具えている。さらに、壁部１１ｂは、その天面１１ｂａ付近の容器１１の凹部１１ａ側に、蓋部材１５を受けるための第２切欠き部１１ｂｂを具える。そして、この第１切欠き部１５ｂと、壁部１１ｂの天面１１ｂａとの高さの違いにより段差部２１を構成してある。なお、蓋部材１５の第１面１５ａと壁部１１ｂの天面１１ｂａとは、この第１の実施形態の場合、同じ高さとしてある。同じ高さとした方が封止材１７の収まりが良いと考えられるからである。ただし、設計によっては、両者の高さを違えても良い。
【００１６】
そして、この発明では、封止材１７（図２（Ａ）では破線の楕円で示す）は、蓋部材１５の第１面１５ａの縁領域と、壁部１１ｂの天面１１ｂａ及び又は壁部１１ｂの天面１１ｂａ付近の内壁面との間で、容器１１と蓋部材１５とを接合している。具体的には、この第１実施形態の圧電デバイス１０の場合は、封止材１７は、蓋部材１５の第１切欠き部１５ｂと容器１１の壁部１１ｂの第２切欠き部１１ｂｂとを含む、蓋部材１５の第１面１５ａ側の領域で、容器１１と蓋部材１５とを接合している。封止材１７としては、ハンダ、金錫、銀ロー等のロー材を用いることができる。また、圧電デバイスを製造する際の封止材１７の供給形態は、ペースト、プリフォーム等、任意好適な形態で良い。
【００１７】
なお、図２（Ａ）において、２３で示したものは、封止材がロー材である場合に設けたメッキである。容器１１がセラミックパッケージである場合や、蓋部材１５をコバール材で構成した場合等において、容器１１及び蓋部材１５に封止材１７を密着性高く接合するための役割を持つものである。このメッキ２３は、例えば下地膜であるニッケル膜とこの上に積層した金膜との積層膜等で構成できる。また、容器１１の壁部の天面の幅Ｘ１や第２切欠き部１１ｂｂの切欠き幅Ｘ２、蓋部材１５の第１切欠き部１５ｂの深さΔＨ１、第１切欠き部１５ｂの切欠き幅Ｘ３は、圧電デバイスの大きさや、用いる封止材の種類等に応じて適正化するのが良い。
圧電デバイスの平面的な長辺寸法が約２ｍｍ、短辺寸法が約１．６ｍｍであるいわゆる２０１６サイズと称される水晶振動子の例で言えば、ΔＨ１等の各部の寸法は、例えば、蓋部材１５の厚みＴは８０μｍ程度、ΔＨ１は５〜５０μｍ、Ｘ１は５０〜１５０μｍ、Ｘ２は５０〜１５０μｍ、Ｘ３は５０〜２００μｍとすることができる。
【００１８】
この第１実施形態の圧電デバイス１０では、容器１１の壁部１１ｂの天面付近から蓋部材１５の第１切欠き部１５ｂに至る領域であって、蓋部材１５の第１面１５ａ側の領域で容器１１と蓋部材１５は封止材１７で封止されている。従って。封止材１７は容器１１の凹部１１ａ側、すなわち圧電片１３側に全く露出しない構造となるから、封止材から不要成分が万一発生してもそれが圧電片１３に付着することは生じにくい。
【００１９】
２． 第２実施形態
第１実施形態では、蓋部材１５の縁領域に第１切欠き部１５ｂを設け、主にこの第１切欠き部１５ｂと容器１１の壁部１１ｂの天面１１ｂａとの間の段差部２１を利用して封止材１７による封止した。しかし、封止構造は他の構造でも良い。第２実施形態はその例である。
図２（Ｂ）は第２実施形態の圧電デバイス３０の特に封止構造部分（図２（Ａ）と同様な部分）を示した図である。
【００２０】
この第２実施形態の圧電デバイス３０の場合、図２（Ｂ）に示したように、壁部１１ｂは、その天面１１ｂａ付近の凹部１１ａ側に蓋部材１５の厚さより深いかつ蓋部材１５の第１面１５ａとの間に段差部２１（段差ΔＨ２）を生じさせる切欠き部１１ｂｂを具える。そして、封止材１７は、壁部１１ｂの天面１１ｂａ及び又は壁部材１５の天面付近の内側面と蓋部材１５の縁領域とを含む蓋部材１５の第１面１５ａ側の領域で、容器１１と蓋部材１５とを接合している．
【００２１】
この第２実施形態の圧電デバイス３０の場合も、容器１１の壁部１１ｂの天面と蓋部材１５の第１面１５ａとの間に生じる段差部（ΔＨ２の部分）を含む領域であって、蓋部材１５の第１面１５ａ側の領域で、容器１１と蓋部材１５とが封止材１７で封止されている。従って。封止材１７は容器１１の凹部１１ａ側、すなわち圧電片１３側に全く露出しない構造となるから、封止材か不要成分が万一発生してもそれが圧電片１３に付着することは生じにくい。
なお、この第２実施形態において、段差部の段差ΔＨ２をどの程度にするかは、第１実施形態と同様に設計に応じて適正化するのが良い。上記の２０１６サイズの水晶振動子の例で言えば、ΔＨ２は例えば５〜５０μｍとすることができる。
【００２２】
３． 第３実施形態
次に、第１実施形態、第２実施形態とは封止構造が異なる第３実施形態の圧電デバイス４０について説明する。図２（Ｃ）は、この第３実施形態の圧電デバイス４０の特に封止構造部分（図２（Ａ）と同様な部分）を示した図である。
【００２３】
この第３実施形態の圧電デバイス４０の場合、図２（Ｃ）に示したように、蓋部材１５は、その縁領域に第１面１５ａ側から厚み方向に凹んだ段差部としての第１切欠き部１５ｂを具える。また、壁部１１ｂは、その天面１１ｂａ付近の容器の凹部１１ａ側に、蓋部材１５の厚さＴより浅くかつ壁部１１ｂの天面１１ｂａが蓋部材１５の第１切欠き部１５ｂの底面と面一になる第２切欠き部１１ｂｂを具える。
そして、封止材１７は、蓋部材１５の第１切欠き部１５ｂと壁部１１ｂの天面１１ｂａとを含む領域であって、蓋部材１５の第１面１５ａ側の領域で、容器１１と蓋部材１５とを接合している。
【００２４】
この第３実施形態の圧電デバイス４０の場合も、容器１１の壁部１１ｂの天面と蓋部材１５の第１切欠き部１５ｂとの間に生じる段差部２１（ΔＨ３の部分）の領域であって、蓋部材１５の第１面１５ａ側の領域で、容器１１と蓋部材１５とは封止材１７で封止されている。従って。封止材１７は容器１１の凹部１１ａ側、すなわち圧電片１３側に全く露出しない構造となるから、封止材から不要成分が万一発生してもそれが圧電片１３に付着することは生じにくい。
なお、この第３実施形態において、段差部の段差ΔＨ３や、第１切欠き部１５ｂの切欠き幅Ｘ４をどの程度にするかは、第１実施形態と同様に設計に応じて適正化するのが良い。上記の２０１６サイズの水晶振動子の例で言えば、ΔＨ３は例えば５〜５０μｍ、Ｘ４は例えば５０〜２００μｍとすることができる。
【符号の説明】
【００２５】
１０：第１実施形態の圧電デバイス、    １１：容器、
１１ａ：凹部、                        １１ｂ：壁部
１１ｂａ：壁部の天面、                １１ｂｂ：第２切欠き部（容器側切欠き部）
１１ｃ：接着パッド、                    １１ｄ：外部接続端子
１３：圧電片、                        １５：蓋部材
１５ａ：蓋部材の第１の面、            １５ｂ：第１切欠き部(蓋部材側切欠き部)
１７：封止材、                        １９：導電性接着剤
２１：段差部（ΔＨ１，ΔＨ２，ΔＨ３）
２３：メッキ、                        ３０：第２実施形態の圧電デバイス
４０：第３実施形態の圧電デバイス
【図１】
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【図２】
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