(57)【要約】【課題】  封止が確実にできるとともに製造コストを低減することができるパッケージを提供する。【解決手段】実施態様のパッケージは、振動する圧電振動片をリッドで覆うパッケージである。所定深さの底面（１２）からテーパー角度を含む壁面（１５ｓ）で形成される壁（１５）を有するセラミック製のベース（１０）と、壁とリッドの縁部とを接合する共晶金属（３０）と、を備える。そして壁にはリッド（２０）の縁部の厚さに相当する凹み深さを有し壁面とつながる溝部（１５ｄ）が形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動片をリッドで覆うパッケージにおいて、
所定深さの底面から所定テーパー角度の壁面で形成される壁を有するセラミック製のベースと、
前記壁と前記リッドの縁部とを接合する共晶金属と、を備え、
前記壁には前記リッドの前記縁部の厚さに相当する凹み深さを有し前記壁面とつながる溝部が形成されているパッケージ。
【請求項２】
前記溝部は、前記壁面から外側に近づくほど凹みの深さが深くなる、又は前記溝部の床面が曲面状に凹んでいる請求項１に記載のパッケージ。
【請求項３】
前記ベースは平面視で長方形であり、且つ前記圧電振動片に電圧を加えるため前記底面に接続バンプを形成し、
前記接続バンプは、前記長方形の長手方向に前記底面から傾いて形成されている請求項１又は請求項２に記載のパッケージ。
【請求項４】
前記所定テーパー角度が、前記底面の法線方向を基準に１〜５°である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のパッケージ。
【請求項５】
前記共晶金属は、金シリコン合金、金ゲルマニューム合金、又は金スズ合金である請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のパッケージ。
【請求項６】
前記ベースは、セラミックグリーンシートを金型で押圧して前記壁を形成し、その後焼成して形成される請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のパッケージ。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のパッケージと、
前記圧電振動片と、を備える圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動片を収納するパッケージ、そのパッケージを使用した圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に開示のパッケージがある。このパッケージのベースでは、例えば、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料による層を積層して形成されている。このベースに、開口した箱のような形状のリッドが金と錫との共晶合金で接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−６０５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、平板を２，３枚積層するセラミック製のベースは、平板の積層作業があることなどからコストが高くなる傾向がある。また先行文献１のようにリッドを開口した箱のような形状にすることも製造コストを挙げることになるという問題点がある。
この出願はこのような点に鑑みなされたものであり、上記の課題を解決できるパッケージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施態様のパッケージは、圧電振動片をリッドで覆うパッケージにおいて、所定深さの底面から所定テーパー角度の壁面で形成される壁を有するセラミック製のベースと、壁とリッドの縁部とを接合する共晶金属と、を備える。そして壁にはリッドの縁部の厚さに相当する凹み深さを有し壁面とつながる溝部が形成されている。
【０００６】
溝部は、壁面の縁部の縁部から外側に近づくほど凹みの深さが深くなる、又は溝部の床面が曲面状に凹んでいる請求項１に記載のパッケージ。
ベースは平面視で長方形であり、且つ圧電振動片に電圧を加えるため底面に接続バンプを形成し、接続バンプは、長方形の長手方向に底面から傾いて形成されている。
【０００７】
所定テーパー角度が、底面の法線方向を基準に１〜５°であってもよい。
また共晶金属は、２又は３以上の金属を含む合金であり、金シリコン（Ａｕ、Ｓｉ）合金、金ゲルマニューム（ＡｕＧｅ）合金、又は金スズ（ＡｕＳｎ）合金であってもよい。金属組成は、例えばＡｕ３．１５Ｓｉ合金、Ａｕ１２Ｇｅ合金、又は金スズＡｕ２０Ｓｎが挙げられる。
ベースは、セラミックグリーンシートを金型で押圧して壁を形成し、その後焼成して形成されてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
この開示のパッケージは、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は、第１実施形態の圧電デバイスＰＤのリッド２０の斜視図である。（ｂ）は、この圧電デバイスＰＤのベース１０の斜視図である。（ｃ）は、（ａ）及び（ｂ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図２】（ａ）は、実施形態の圧電振動片４０の平面図であり、（ｂ）は、この圧電振動片４０の断面図である。
【図３】（ａ）は、第１例から第３例に示されるベースを説明する平面図である。  （ｂ）は、第１例のベース及びその壁１５の溝部１５ｄ１を説明する断面図である。
【図４】（ａ）第２例のベース及びその壁１５の溝部１５ｄ２を説明する断面図、その部分拡大図である。  （ｂ）は、第３例のベース及びその壁１５の溝部１５ｄ３を説明する断面図、その部分拡大図である。
【図５】圧電デバイスの製造方法に関するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照してこ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れら発明を理解できる程度に概略的に示してあり、大きさ、角度又は厚み等は誇張して描いている場合がある。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、以下の実施形態中で述べる形状、寸法、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。
【００１１】
＜圧電デバイスの構成＞
図１（ａ）は、第１実施形態の圧電デバイスＰＤのリッド２０の斜視図であり、図１（ｂ）は、この圧電デバイスＰＤのベース１０の斜視図である。図１（ｃ）は図１（ａ）及び（ｂ）の断面図であり、図１（ａ）及び（ｂ）に描かれていない、共晶金属３０及び圧電振動片４０が描かれている。
【００１２】
図１（ａ）及び（ｃ）に示されるリッド２０は、長方形状の天井面２２とその反対側の外面２３とを有している平板である。このリッド２０は例えばコバール等の金属材料で構成されている。
【００１３】
図１（ｂ）及び（ｃ）に示されるベース１０は、例えばアルミナを主原料としたセラミックスで構成される。このベース１０は、長方形状の底面１２を有しておりその四辺から壁１５が形成されている。底面１２は圧電振動片４０を底面１２に対して傾けるスロープ部１９を有している。またその傾斜を有するスロープ部１９は、一番高いところで底面１２から７〜１５μｍ、好ましくは１０μｍの高さである。スロープ部１９の傾斜面に接続バンプＣＢが形成されている。圧電振動片４０は接続バンプＣＢに塗布される導電性接着剤ＥＡで接着される。さらにベース１０は、その底面１２の反対側の実装面に実装端子ＯＥを備えている。接続バンプＣＢから伸びた配線電極１７によって、接続バンプＣＢと実装端子ＯＥとが不図示のビア配線で電気的に接続されている。ベースの詳細構造は、図３又は図４を使って説明する。
【００１４】
共晶金属３０は、圧電振動片４０を配置したベース１０とリッド２０とを接合する。ベース１０の壁１５の溝部１５ｄに共晶金属３０のペーストが塗布される。そして、リッド２０の端部が共晶金属３０の上に配置される。その後共晶金属３０が焼結して、リッド２０とベース１０とを接合する。これにより、リッド２０とベース１０との間の空間ＳＰに圧電振動片４０が封止される。なお、溝部１５ｄに共晶合金に接合容易なメタライズを予め施しておき、一方、リッドの縁の領域上に共晶合金層を予め形成しておき、これらベースとリッドとを接合することで封止をしても良い。
【００１５】
共晶金属３０は、例えば金シリコン（Ａｕ３．１５Ｓｉ）合金、金ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金、又は金スズ（Ａｕ２０Ｓｎ）合金である。これら共晶金属３０は、プリント基板などの外部部材に実装端子ＯＥをハンダ合金で実装する際の温度よりも高ければ、特に合金材料は限定されない。実装端子ＯＥを実装させるリフロー炉の温度は、一般に摂氏２５０度以下であるので、共晶金属３０の融点が摂氏２６０度以上であれば、ベース１０とリッド２０との接合が溶けることはない。
【００１６】
図２（ａ）は、実施形態の圧電振動片４０の平面図であり、図２（ｂ）は、この圧電振動片４０の断面図である。圧電振動片４０は励振電極４１と引出電極４３とを有している。圧電振動片４０は長辺がＹ軸方向に伸び、短辺がＸ軸方向に伸びる長方形の平板状に形成されている。
【００１７】
圧電振動片４０の主面表裏（＋Ｚ軸側の各面）にはそれぞれ励振電極４１が形成されている。各励振電極４１は同形状でありＺ軸方向に互いに重なるように形成されている。励振電極４１は長軸がＹ軸方向に伸び、短軸がＸ軸方向に伸びる例えば楕円形状又は図示しない四角形状に形成されており、各励振電極４１からは、圧電振動片４０のーＹ軸側の辺の両端にそれぞれ引出電極４３が引き出されている。引出電極４３は接続バンプＣＢに導電性接着剤ＥＡなどで接着される。
【００１８】
図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。圧電振動片がＡＴカット又はＳＣカット等の水晶振動片である場合、電位が加えられて振動する振動周波数は水晶片の厚さに反比例するため、その厚さは水晶振動片の振動周波数に応じて決められる。主振動を閉じ込めるため、振動片はＹ軸方向の一端側及び他端側は薄く形成されている。圧電振動片４０は、ＡＴカット水晶振動片以外にも、音叉型の水晶振動片等の他の振動モードの振動片であっても良い。
【００１９】
＜ベースの構造＞
図３及び図４は、ベース１０の壁１５及びスロープ部１９を説明する図である。また図３（ａ）はリッド側から見たベース１０の平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図であり、スロープ部１９を含む位置のベース１０の断面図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）もスロープ部１９を含む位置のベース１０の断面図である。スロープ部１９を含む位置のベース１０の断面図である。これら断面図には、圧電振動片４０の傾きを示すために圧電振動片４０が仮想線で描かれている。図３（ｂ）及び図４（ａ）及び図４（ｂ）に示された、第１例から第３例は、それぞれ溝部１５ｄ（１５ｄ１、１５ｄ２、１５ｄ３）の形状が異なるがそれ以外の壁１５の高さ及びテーパー角度、及びスロープ部１９は同じである。
【００２０】
図３（ａ）に示されるように、ベース１０は平面視で四角形の形状である。図示しないが４つの角にキャスタレーション（１／４円形が欠けた形状）が形成されてもよい。図５で後述するように、ベース１０はリッド側から金型でプレスされて形成される。このため、図３（ｂ）、図４（ａ）及び図４（ｂ）は金型で１度プレスして形成される構造になっている。セラミック素地の平板（グリーンシート）にタングステン等が塗布されそのタングステン等に金メッキ等が施された後、金型がプレスされる。このようにして配線電極１７及び接続バンプＣＢが形成される。本実施形態では接続バンプＣＢがスロープ部１９に形成されているため、配線電極１９はスロープ部１９と底面１２との段差が生じないような箇所から引き出されている。
【００２１】
図３（ｂ）に示されるように、このベース１０の厚さｄ１は、１２０〜３００μｍであり、好ましくは１２０〜２００μｍである。底面１２から壁１５の高さ（又は凹み深さ）ｄ２は、金型でプレスして形成し易い高さであり、発明者の実験によれば７０〜１２０μｍ、好ましくは９０〜１１０μｍである。また、このベース１０の壁１５は、底面１２の法線方向を基準にテーパー角度θを有する壁面１５ｓを有する。セラミック素地の平板（グリーンシート）を金型でプレスしてベースを形成するため、プレス後に金型からセラミック素地をきれいに剥がす必要がある。発明者の実験によれば、テーパー角度θを１度以上とすると、セラミック素地をきれいに剥がすことができる。テーパー角度θが大きすぎてはベース１０の壁１５の上面１５ｕの幅を狭めたり、ベース１０の内容積を狭めたりする等の弊害が生じるので、テーパー角度θの上限は例えば５度が良い。
【００２２】
またベース１０の壁１５の上面１５ｕは、リッド２０の板厚に相当する深さと同等以上の凹んだ溝部１５ｄ１を有している。この溝部１５ｄ１の凹み厚さｄ３は３０〜５０μｍである。部溝部１５ｄ１の床面は、底面１２に平行で壁面１５ｓに直接つながっている。つまり溝部１５ｄ１は１つの床面と１つの溝壁とからなる。ベース１０の壁１５の溝部１５ｄ１に共晶金属３０のペーストが塗布され、リッド２０の端が共晶金属３０の上に配置される。
【００２３】
図３（ｂ）に示されるように、底面１２のマイナスＹ軸側にスロープ部１９が２つ形成されている。プラスＹ軸方向に行くほどスロープ部１９の高さが高くなり、スロープ部１９ａの高さｄ４は８〜１３μｍであり、その幅Ｌ１（Ｙ軸方向）は４０〜６０μｍである。また１つのスロープ部１９の長さ（Ｘ軸方向）は８０〜１２０μｍである。スロープ部１９に接続バンプＣＢが形成される。接続バンプＣＢの厚さ（Ｚ軸方向）は３〜７μｍである。圧電振動片４０の一端が導電接着剤で接着されると、スロープ部１９によって圧電振動片４０は斜めに片持ち支持される。そのため圧電振動片４０の他端は、導電接着剤ＥＡの固化の際に底面１２に接触しにくくなる。
【００２４】
図４（ａ）は、第２例である溝部１５ｄ２を示す。図４（ａ）に示されるように、リッド２０の板厚に相当する深さと同等以上の凹んだ溝部１５ｄ２を有している。この溝部１５ｄ２の凹み厚さｄ３は３０〜５０μｍである。溝部１５ｄ２の床面は、曲面状に凹んでおり、壁面１５ｓに直接つながっている。ベース１０の壁１５の溝部１５ｄ２に共晶金属３０のペーストが塗布され、リッド２０の端が共晶金属３０の上に配置される。床面が曲面状に凹んでいるため、共晶金属３０がたまりやすく封止がより確実になる。
【００２５】
図４（ｂ）は、第３例のである溝部１５ｄ３を示す。図４（３）に示されるように、リッド２０の板厚に相当する深さと同等以上の凹んだ溝部１５ｄ３を有している。この溝部１５ｄ３の凹み厚さｄ３は３０〜５０μｍである。また溝部１５ｄ３の床面は、外周に行くこと深くなっており一番深いところと溝部１５ｄの一番浅いところとの差ｄ５は１０〜３０μｍである。床面は壁面１５ｓに直接つながっている。ベース１０の壁１５の溝部１５ｄ３に共晶金属３０のペーストが塗布され、リッド２０の端が共晶金属３０の上に配置される。床面が外側に行くほど深く（マイナスＺ軸方向）なっているため、共晶金属３０がたまりやすく封止がより確実になる。
【００２６】
＜＜圧電デバイスの製造方法＞＞
次に、圧電デバイスの製造方法について図５を参照して説明する。なお、図５は、特に圧電デバイスＰＤのベース１０の製造に関して詳述している。
【００２７】
先ず、所定の厚さを有したセラミック素地の平板（グリーンシート）を用意する。すでにそのセラミック素地の平板には接続バンプＣＢ用のタングステン等が塗布され金メッキ等が施されている。そのセラミック素地の平板が不図示のベース１０用の金型でプレスされる。するとベース１０の壁１５及びスロープ部１９が作成される（ステップＳ５１１）。なお金型は溝部１５ｄ（１５ｄ１、１５ｄ２、１５ｄ３）の各種に応じて複数の金型が作られている。
【００２８】
次に、セラミック素地の平板が焼成される（ステップＳ５１３）。このときに接続バンプＣＢ及び実装端子ＯＥも形成される。そして、セラミック素地の平板を個片に分割して、ベース１０が形成される（ステップＳ５１５）。このベース１０の接続バンプＣＢに導電性接着剤ＥＡが塗布される。そして導電性接着剤ＥＡの塗布が済んだ接続バンプＣＢに圧電振動片４０の引出電極が重なるように置かれ、導電性接着剤ＥＡの硬化がされて、圧電振動片４０はベース１０に固定される（ステップＳ５１７）。
【００２９】
次に、圧電振動片４０を接着し終えたベース１０の壁１５の上面１５ｕに、融点が摂氏２６０度以上の共晶金属３０が塗布される（ステップＳ５１９）。この共結金属を有するベースがパッケージとなる。そして真空又は所定のガス雰囲気中で、リッド２０のフランジ部２７は、上面１５ｕに重なるように載置される（ステップＳ５２１）。そのリッド２０がベース１０に重ねられた状態で、リッド及びベースはリフロー炉に入れられる。そしてリフロー炉で２６０度以上に加熱されて共晶金属３０が溶けて、ベースとリッドとが圧電振動片４０を封止する（ステップＳ５２３）。このようにして、圧電デバイスＰＤが製造される。
【００３０】
以上、本実施形態の圧電デバイス及びその製造方法を説明したが、この本願発明は上述の実施形態に限られない。例えば、上述の例では、圧電デバイスとして特に水晶振動子を説明した。しかし、発信器を伴う水晶発振器、さらには、水晶以外の圧電材料を用いた圧電振動子や圧電発振器にも適用できる。例えばリッドを接地する場合等では、圧電デバイス内にアースのための引き回し配線を設け、そして、ベースの外側底面にアース用実装端子を設けてもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１０：ベース、
１２：底面    １５：壁    １５ｓ、壁面    １５ｕ：上面
１５ｄ（１５ｄ１、１５ｄ２、１５ｄ３）    １８：スロープ
１９：スロープ部
２０：リッド    ２２：天井面  
３０：共晶金属
４０：圧電振動片、  ４１：励振電極、  ４３：引出電極
ＣＢ：接続バンプ  ＥＡ：導電性接着剤  ＯＥ：実装端子
ＰＤ：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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