(57)【要約】【課題】安価かつ高精度であって、更なる薄型化も可能にした水晶振動子用パッケージ及びその製造方法を提供する。【解決手段】厚さ方向に貫通孔１ａを有するガラス製のＳＭＤパッケージ本体１と、貫通孔１ａよりやや小さい突起部５ａを塑性加工してなる金属箔５とを重合させ、貫通孔１ａの中に突起部５ａを挿入した状態で、所定温度まで加熱した後、金属箔５に正電圧を供給すると共にパッケージ本体１に負電圧を供給して、貫通孔１ａを気密に封止してパッケージ本体１と金属箔５とを一体化させて、水晶振動子のＳＭＤ端子を形成する。【選択図】　　　図１
2004007236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向に貫通孔を有するガラス製のＳＭＤパッケージ本体と、前記貫通孔よりやや小さい突起部を塑性加工してなる金属箔とを重合させ、前記貫通孔の中に前記突起部を挿入した状態で、所定温度まで加熱した後、前
記金属箔に正電圧を供給すると共に前記パッケージ本体に負電圧を供給して、
前記貫通孔を気密に封止して前記ＳＭＤパッケージ本体と前記金属箔とを一体化させて、ＳＭＤ端子を形成するようにしたことを特徴とする水晶振動子用パッケージの製造方法。
【請求項２】
前記金属箔は、Ｎｉ，ＣＯ，Ｆｅを主成分とするか、Ｎｉ，Ｆｅを主成分としている請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記金属箔と前記パッケージ本体とは、常温から前記所定温度の範囲において熱膨張係数が実質的にほぼ一致している請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記突起部は、前記貫通孔の最奥部において導電性接着剤を介して水晶片に接続されるよう構成されている請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかの方法で製造された水晶振動子用パッケージ。
【請求項６】
ＳＭＤパッケージ本体と、前記ＳＤＭパッケージ本体に一体化されたＳＭＤ端子とを備え、水晶片や蓋体を接合することなく流通させる請求項５に記載の水晶振動子用パッケージ。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載のパッケージを使用する水晶振動子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面実装素子（ＳＭＤ）及びその製造方法に関し、特に、ＳＭＤタイプの水晶振動子であって、安価且つ高精度であって更なる薄型化も可能にした水晶振動子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
昨今、電子機器の高密度の要請に応じて、プリント基板上に表面実装される各種のＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｍｏｕｎｔ　Ｄｅｖｉｃｅ）タイプの電子部品が提案されており、水晶振動子、ＳＡＷフィルタ（Ｓｕｒｆａｃｅ　Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｗａｖｅ　Ｆｉｌｔｅｒ：弾性表面波フィルタ）、分波器（デュレッサ）などのように、可動する水晶片を収める筐体としてもＳＭＤパッケージが採用されている。
【０００３】
これらＳＭＤタイプの水晶デバイスは、移動体通信機器、マイクロ波／衛星通信機器、光通信機器などの通信機器の他、情報端末機器や自動車の電子制御などにも活用されている。また、ＡＶ（Ａｕｄｉｏ　＆　Ｖｉｄｅｏ）機器や時計などの民生用機器にも広く使用されている。
【０００４】
図６は、このような従来の水晶振動子の断面構造を図示したものである。図示の通り、水晶振動子は、一般に、パッケージ本体５０と、パッケージ本体５０に一端部が保持される水晶片５１と、水晶片５１をパッケージ本体５０に封止する蓋体（リッド）５２とを中心に構成されている。そして、水晶片５１は、導電性接着剤５３によってパッケージ本体５０に固定され、導電性接着剤５３は、不図示の経路を通して接続端子５４に接続されている。なお、このような構成の水晶振動子の最小サイズは、現状の量産品としては、５．０ｍｍ×３．２ｍｍ×厚さ０．７５ｍｍ程度の大きさである。
【０００５】
パッケージ本体５０は、グリーンシートと呼ばれるセラミックシートによる多層セラミック構造を採ることによって図示の断面形状が実現されている。また、蓋体５２はＳＵＳなどの金属製であり、蓋体５２とパッケージ本体５０とは、封着物５５を介して一体化されている。一般的な製法としては、セラミック製のパッケージ本体５０に銀ロウ５５ｂを積層する一方、ステンレス製の蓋体表面をコバール又はＮｉメッキした上に、コバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）ダム５５ａを積層し、銀ロウとコバールダムと接触させた状態で通電し、電気的抵抗に伴う発熱によって封着金属を溶融させるパラレルシーム（シーム溶接）法が使用されている（図７参照）。
【０００６】
水晶片５１は、その一端部（図示の左端）が２箇所でパッケージ本体５０に固定されており、圧電効果によって電気的振動を繰り返すようになっている。水晶振動子の最大の特徴は、前記振動の周波数偏差が少なく発振周波数が安定している点であり、この安定性を更に高めるために、水晶振動子の内部は真空状態か、或いは不活性ガス（通常は窒素ガス）が封入されている。
【０００７】
このような封止構造を採ることによって、使用環境の湿度の影響を受けることがなくなり、また、真空封止の場合には、機械的振動時に内部気体による粘性抵抗を受けることもなくなり、発振周波数を更に安定化させることが可能となる。ちなみに、窒素ガスを封止した場合のＱ（発振周波数の先鋭度）が、例えば８２，０００である場合には、真空封止した場合には、例えば１３５，０００程度まで先鋭度が向上する。
【０００８】
このように、水晶振動子の高精度化の要請に応えるには、真空封止構造とすべきであるが、上記したパラレルシーム法では、真空封止を実現することができないので、封着物５５として、Ａｕ−Ｓｎ共晶合金を用いて真空封止を実現している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、水晶振動子の小型化、薄型化の要請は益々強くなっており、しかも、高精度の水晶振動子を安価に提供することが強く望まれている。ここで、水晶振動子を更に薄くするには、パッケージ本体５０と蓋体５２との間の封着物５５の厚さまで考慮する必要があるが、図６のパラレルシーム法では、コバールダムなどを積層する関係から薄型化の要請に応え切れない。また、前記のパラレルシーム法では真空封止もできないので、高精度化の要請にも応えられない。
【００１０】
なお、封着物としてＡｕ−Ｓｎ合金を使用すれば、真空封止が可能であるが、この場合には、Ａｕ−Ｓｎ合金が高価であるため、製造コストを低減化することができない。
【００１１】
また、水晶片やその他の部材を低コスト化したとしても、パッケージ本体をセラミック製とする限り、完成品としての水晶振動子のコスト削減には限界があり、従来とは抜本的に異なる構成や製造方法を検討する必要がある。
【００１２】
この発明は、かかる要請に基づいてなされたものであって、安価かつ高精度であって、しかも更なる薄型化も可能にした水晶振動子用パッケージ及び水晶振動子を提供すること、また、そのような水晶振動子用パッケージの有効な製造方法を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は、厚さ方向に貫通孔を有するガラス製のＳＭＤパッケージ本体と、前記貫通孔よりやや小さい突起部を塑性加工してなる金属箔とを重合させ、前記貫通孔の中に前記突起部を挿入した状態で、所定温度まで加熱した後、前記金属箔に正電圧を供給すると共に前記パッケージ本体に負電圧を供給して、前記貫通孔を気密に封止して前記ＳＭＤパッケージ本体と前記金属箔とを一体化させてＳＭＤ端子を形成して水晶振動子用パッケージを製造している。
【００１４】
また、前記金属箔は、請求項２に記載の通り、Ｎｉ，ＣＯ，Ｆｅを主成分とするか、Ｎｉ，Ｆｅを主成分とするのが好適である。なお、Ｎｉ，ＣＯ，Ｆｅを主成分とする金属としてはコバールが好適であり、また、Ｎｉ，Ｆｅを主成分とする金属としては、４２アロイが好適である。
【００１５】
前記金属箔と前記パッケージ本体とは、好適には、請求項３に記載の通り、常温から前記所定温度の範囲において熱膨張係数が実質的にほぼ一致している。また、好適には、請求項４に記載の通り、前記突起部は、前記貫通孔の最奥部において導電性接着剤を介して水晶片に接続されるよう構成されている。
【００１６】
また、本発明に係る水晶振動子用パッケージは、上記した請求項１〜４のいずれかの方法で製造されたものである。この水晶振動子用パッケージは、典型的には、ＳＭＤパッケージ本体と、前記ＳＤＭパッケージ本体に一体化されたＳＭＤ端子とを備え、水晶片や蓋体を接合することなく流通させるものである。
【００１７】
更にまた本発明に係る水晶振動子は、上記した請求項５又は請求項６に記載のパッケージを使用する水晶振動子である。典型的には、本発明に係る水晶振動子は、厚さ方向に貫通孔を有するガラス製のＳＭＤパッケージ本体と、前記貫通孔よりやや小さい突起部を塑性加工してなる金属箔とを重合させ、前記貫通孔の中に前記突起部を挿入した状態で、所定温度まで加熱した後、前記金属箔に正電圧を供給すると共に前記パッケージ本体に負電圧を供給して、前記貫通孔を気密に封止して前記ＳＭＤパッケージ本体と前記金属箔とを一体化させて、ＳＭＤ端子を形成してなる水晶振動子用パッケージについて、前記パッケージ本体の開放周縁部に金属箔を介在させてガラス製の蓋体を対面させ、所定温度まで加熱した後、前記金属箔に正電圧を供給すると共に前記パッケージ本体か前記蓋体の一方側に負電圧を供給すると共に、その後、前記金属箔に正電圧を供給すると共に前記パッケージ本体か前記蓋体の他方側に負電圧を供給して完成される。
【００１８】
また、本発明に係る水晶振動子は、厚さ方向に貫通孔を有するガラス製のＳＭＤパッケージ本体と、前記貫通孔よりやや小さい突起部を塑性加工してなる金属箔とを重合させ、前記貫通孔の中に前記突起部を挿入した状態で、所定温度まで加熱した後、前記金属箔に正電圧を供給すると共に前記パッケージ本体に負電圧を供給して、前記貫通孔を気密に封止して前記ＳＭＤパッケージ本体と前記金属箔とを一体化させて、ＳＭＤ端子を形成してなる水晶振動子用パッケージについて、前記パッケージ本体の開放周縁部に金属箔を介在させてガラス製の蓋体を対面させ、所定温度まで加熱した後、前記金属箔に正電圧を供給すると共に前記パッケージ本体及び前記蓋体に負電圧を供給して完成されるものでも良い。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、実施例に基づいて本発明の実施の形態を説明する。実施例に係る水晶振動子は、図１に示すように、パッケージ本体１と、パッケージ本体１に一端部が保持される水晶片２と、水晶片２をパッケージ本体１に封止する蓋体３とを中心に構成されている。水晶片２は、導電性接着剤４によってパッケージ本体１に固定され、導電性接着剤４は、プリント基板などへの接続部となるＳＭＤ端子５の突起部５ａに接続されている。
【００２０】
パッケージ本体１は、厚さ方向に２つの貫通孔１ａを有しており、この貫通孔１ａよりやや小さい突起部５ａを塑性加工してなる金属箔５がパッケージ本体１に重合されて陽極接合法によって気密に接合させている。具体的には、貫通孔１ａの中に突起部５ａを挿入した状態で、所定温度まで加熱した後、金属箔５に正電圧を供給すると共にパッケージ本体１に負電圧を供給して、金属箔５をパッケージ本体１に接合してＳＭＤ端子としている。
【００２１】
金属箔５として、この実施例では、４２アロイ又はコバールを使用している。４２アロイは、Ｎｉ：４２重量％、Ｆｅ：５８重量％を代表成分とするＮｉ−Ｆｅ合金であり、コバールは、Ｎｉ：２９重量％、Ｃｏ：１７重量％、Ｆｅ：５４重量％を代表成分とするＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金である。これらは、３０℃〜３００℃の温度範囲において安定した低い熱膨張係数を有している。
【００２２】
パッケージ本体１は、ＳＭＤ端子５を構成する金属に対応した線膨張係数を有し、アルカリ成分を所定量以上含有したガラスである。ＳＭＤ端子５を構成する金属が４２アロイ又はコバールの場合には、パッケージ本体１は、Ｗｉｎｋｅｌｍａｎｎ　ａｎｄ　Ｓｃｈｏｔｔによる線膨張係数において５０×１０−７〜８０×１０−７程度の値に設定されている。なお、４２アロイを使用した実施例では（７２±２）×１０−７程度の値に管理されている。
【００２３】
パッケージ本体１に含有されるアルカリ成分は、典型的にはＬｉ２ＯやＮａ２Ｏであり、これらはガラスの粘性や軟化温度を下げる効果があり、また、低温でのプレス加工を容易にする。更に、Ｎａ２ＯやＬｉ２Ｏは、電気伝導率が高いので陽極接合法に好適に適合する。これらを総量で３〜２５重量％含有させるのが好適である。より好ましくは３〜２０重量％、更に好ましくは５〜１５重量％（典型的には１３重量％程度）である。また、これに合わせて、ガラスの耐水性と耐酸性を向上させるためＴｉＯ２を５〜２０重量％含有させるのが良い。この場合、ＴｉＯ２の溶解度を上げるべく、ＴｉＯ２の含有量に対応してＢａＯを５〜４０重量％含有させるべきである。
【００２４】
また、ガラスの粘性を下げるには、ＭｇＯ，ＣａＯ，ＢａＯ、ＳｒＯ，ＺｎＯから選択される１種又はそれ以上の組合せを含有させるべきである。その他の組成も特に限定されないがＳｉＯ２を４０〜６０重量％、Ａｌ２Ｏ３を５〜１０重量％、Ｂ２Ｏ３を５〜２５重量％、Ｓｂ２Ｏ３を０．１〜０．８重量％それぞれ必須成分として含有するのが好ましい。
【００２５】
パッケージ本体１の製造方法も特に限定されず、溶融プレス法、粉末ガラス焼結法、サンドブラスト法などを採ることができる。溶融プレス法によるパッケージ本体１は、溶融させたガラスを一次加工した後、鏡面金型によって二次加工し、その後、必要箇所を研磨して構成される。一方、粉末ガラス焼結法は、粉末状態のガラスを焼結させて、パッケージ本体とするものである。また、サンドブラスト法では、パッケージ本体の基体を完成させた後、マスク材で保護されていない部分にサンドをぶつけて所望の形状を完成させるものである。
【００２６】
これらの製造方法のうち、粉末ガラス焼結法は、パッケージ本体を１個づつ製造するしかないので、溶融プレス法のように１つの金型によって多数のパッケージ本体をまとめて製造できない欠点があり、量産化に不適な分だけコスト高となる。一方、サンドブラスト法では、複雑な形状のパッケージ本体を製造できない欠点があるので、結局、溶融プレス法を採用するのが最も好適である。
【００２７】
図２は、溶融プレス法によって製造されたパッケージ本体の構成を示す平面図（図２（ａ））とＡ−Ａ断面図（図２（ｂ））である。図示のパッケージ本体は、縦２．５ｍｍ×横４ｍｍ×厚さ０．４ｍｍ程度の大きさであるが、実際には、図示のものが多数個縦横に連設されて製造される。
【００２８】
図２（ｂ）に示すように、実施例のパッケージ本体１は、略方形の本体部１０に、水晶片２を収容するための第１空間１１が形成されると共に、水晶片を中空に保持するための第２空間１２が形成されて構成されている。すなわち、図示のパッケージ本体は、底部１０ａと階段部１０ｂと上端部１０ｃの三段部分が溶融法によって一体構成されている。なお、第２空間１２は必ずしも必須ではなく、導電性接着剤４を高く盛ることによって、水晶片の振動空間を確保するのも好ましい。このような構成の場合、第２空間を設けない分だけ水晶振動子を薄型化することが可能となる。
【００２９】
図示の実施例では、左側の階段部１０ｂに、２つの貫通孔１ａ，１ａが形成されている。各貫通孔１ａ，１ａは、パケージ本体１に収容した水晶片２と、パケージ本体１の裏面に接合されるＳＭＤ端子とを電気的に接続するための孔であるが、必ずしも図示の位置に設ける必要はなく、左右の階段部１０ｂを適宜に用いれば良い。例えば、図３に示すように、左右の階段部１０ｂに各１個ずつ貫通孔を対角線上に設けるのが典型例である。
【００３０】
いずれにしても、内部に収容した水晶片２は、その一端部（図示の左端）を貫通孔１ａの位置で固定されるのみで、その他端部は中空に保持される。そのため、左右の階段部１０ｂに貫通孔を各１個ずつ対角線上に設ける図３の場合には、左側の階段部から右側の階段部に至るまで、後の工程において導電膜１３を形成する必要がある。しかし、この実施例では溶融法で製造されたパッケージ本体を用いるので、階段部１０ｂや底部１０ａの表面を所望の平坦度に形成でき、後の工程で導電膜１３を形成するのも極めて容易である。
【００３１】
図１に示す蓋体３は、パッケージ本体１と気密に接合可能な材料であれば特に限定されないが、ガラス又は金属（ステンレスなど）が使用される。ガラス製の蓋体３を採用する場合には、４２アロイやコバールの金属箔６をパッケージ本体の上端周縁部に配置して、前記した陽極接合法によって蓋体３とパッケージ本体１を接合させる。
【００３２】
この場合には他の方法に比べて、金属箔６が薄い分だけ水晶振動子を薄型化することが可能となる。また、４２アロイやコバールに代えて、クロム、ニッケル、アルミニウム、チタンなどを用いることもできる。この場合には、金属箔だけでなく、スパッタリングや蒸着によって成膜した金属薄膜を実現することができ、水晶振動子を薄型化する上では更に有効である。
【００３３】
また、透光性の蓋体３やパッケージ本体１を用いれば、水晶片に余分に付着させておいた電極（Ａｕ）にレーザ光を照射して、電極を微細スポット状に除去することが可能となり、最終検査段階での発振周波数の微調整が可能となる。なお、薄型化の効果が陽極接合法より劣るが、ガラス製蓋体３とパッケージ本体１との間に配置した低融点ガラス６を溶融させて蓋体３とパッケージ本体１とを一体化させても良い。
【００３４】
また、金属製の蓋体３を採用する場合には、封着物６を介在させて蓋体とパッケージ本体とを一体化させる。封着物としては、Ａｕ−Ｓｎ合金、コバール合金が好適に使用される。
【００３５】
続いて、実施例に係る水晶振動子の製造方法について図４を参照しつつ説明する。なお、水晶振動子の１単位を図示したものであり、実際には、図示のものがシート状に縦横に配置されている。
【００３６】
先ず、水晶振動子の１単位に４箇所の金属箔５を配置してなる金属箔シート（図５参照）の上に、同じく多数のパッケージ本体１…１がシート状に連設されたものを位置決めして載置する。なお、金属箔シートは、多数個の金属箔パーツが縦横に連設されて構成されているが、パッケージ本体の貫通孔の位置に合わせた突起部５ａが、塑性加工（プレス可能）によって予め形成されている。
【００３７】
次に、パッケージ本体の貫通孔１ａに金属箔の突起部５ａを挿入した状態で、所定温度まで加熱した後、金属箔に正電圧を供給すると共にパッケージ本体に負電圧を供給して、パッケージ本体の貫通孔を気密に封止する。このように、本実施例では、陽極接合法によって、パッケージ本体と金属箔とが一体化してＳＭＤ端子が形成される点に大きな特徴がある。
【００３８】
ここまでの工程によって、パッケージ本体１に金属箔が一体化された水晶振動子用パッケージが完成する。そこで、このシート状の水晶振動子用パッケージの状態で出荷するか、或いは、縦横に連設している水晶振動子用パッケージを一単位毎に切断して分離させて出荷する。なお、何れの場合でも、４２アロイ、コバール、クロム、ニッケル、アルミニウム、チタンなどの金属箔や金属薄膜をパッケージ本体の上端周縁部に固着させて出荷しても良い。
【００３９】
その後、水晶振動子を完成させるには、貫通孔の位置に導電性接着剤を配置すると共に、その上に水晶片を載置して水晶片の一端部（図１の例では左端）を固定する。次に、陽極接合法を用いる場合には、真空状態（又は不活性ガス雰囲気下）を形成した後、既に金属箔が固着されている場合を除き、４２アロイ又はコバールである金属箔６を載置させる。その後、この金属箔を介在させて、本体パッケージ１の上にガラス製の蓋体３を配置し、陽極接合法によって本体パッケージ１と蓋体３とを接合する。その後、縦横に連設している水晶振動子を一単位毎に切断して分離させる。但し、水晶振動子用パッケージが、予め一単位毎に分離されている場合にはこの工程は不要である。
【００４０】
陽極接合法を用いる場合には、真空状態（又は不活性ガス雰囲気下）において、所定温度まで加熱した後、金属箔６に正電圧を供給すると共に、パッケージ本体１及び蓋体３に負電圧を供給して水晶振動子を一気に完成させるのが製造工程上好ましい。但し、金属箔６に正電圧を供給すると共に、パッケージ本体１か蓋体３の一方側に負電圧を供給して第一の陽極接合を終えた後、今度は、パッケージ本体１か蓋体３の他方側に負電圧を供給して第二の陽極接合を行うのでも良い。
【００４１】
なお、パッケージ本体１と蓋体３とを接合するのに、Ａｕ−Ｓｎ合金やコバール合金や低融点ガラスなどの封着物を用いる場合には、シーム溶接法やマイクロ溶接法を用いることになる。Ａｕ−Ｓｎ合金を用いる場合には共晶接合法を用い、コバール合金を用いる場合にはシーム溶接やマイクロ接合を用い、低融点ガラスを用いる場合には熱圧着法を用いるのが好適である。
【００４２】
以上、本発明の実施例について具体的に説明したが、具体的な記載内容は特に本発明を限定するものではなく、特に、パッケージ本体を構成するガラスの組成や、ＳＭＤ端子を構成する金属箔の組成などは適宜に設計変更可能である。また、本発明は、水晶振動子用パッケージに限らず、圧力センサなどのパッケージに適用しても良い。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、安価且つ高精度であって更なる薄型化も可能にした水晶振動子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係る水晶振動子の構造を示す概略断面図である。
【図２】パッケージ本体の平面図（ａ）とＡ−Ａ断面図（ｂ）である。
【図３】パッケージ本体の別の実施例を説明する平面図である。
【図４】金属箔シートに載置された状態のパッケージ本体（一単位）と、金属箔の突起部（ｂ）を図示したものである。
【図５】金属箔シートを図示した概略平面図である。
【図６】従来の水晶振動子の構成を説明する概略断面図である。
【図７】図６の水晶振動子の製法を説明する図面である。
【符号の説明】
１　　パッケージ本体
１ａ　貫通孔
５　　金属箔（ＳＭＤ端子）
５ａ　突起部
【図１】
2004007236.tif 000003
【図２】
2004007236.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004007236.tif 000007
【図６】
2004007236.tif 000008
【図７】
2004007236.tif 000009