(57)【要約】【課題】振動子を収容する圧電デバイスにおいて、セラミック基板の内壁面の利用効率を向上させてパッケージの小型化を可能とすると共に、パッケージ内部空間を効率的に減圧可能とする。【解決手段】圧電デバイス１は、セラミック基板３および蓋体２を備えているセラミックパッケージ１６、パッケージ１６内に収容されている振動子８、セラミック基板３の内壁面４ｂ上に形成されている厚膜パターン１１Ａ、１１Ｂ、パッケージ１６内に収容され、厚膜パターン１１Ａ、１１Ｂ上に固定されている設置物１０、およびパッケージを封止する金属封止材１２を備えている。設置物１０下において、厚膜パターン１１Ａ、１１Ｂによって輪郭づけられた空隙部１３と、セラミック基板５に形成された貫通孔４ａとが連通している。金属封止材１２が貫通孔４ａを封止する。【選択図】　　　　　　　　　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板および蓋体を備えているセラミックパッケージ、
前記セラミックパッケージ内に収容されている振動子、
前記セラミック基板の内壁面上に形成されている厚膜パターン、
前記セラミックパッケージ内に収容され、前記厚膜パターン上に固定されている設置物、および
前記セラミックパッケージを封止する金属封止材を備えており、
前記設置物下において、前記厚膜パターンによって輪郭づけられた空隙部とセラミック基板に形成された貫通孔とが連通しており、前記金属封止材が前記貫通孔を封止していることを特徴とする、圧電デバイス。
【請求項２】
前記金属封止材が前記空隙部に充填されていることを特徴とする、請求項１記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記金属封止材が前記設置物を濡らしていることを特徴とする、請求項１または２記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記設置物が、前記振動子を固定するための支持部材であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
一対の前記厚膜パターンを備えており、前記空隙部が、一対の前記厚膜パターンによって挟まれた溝であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の圧電デバイス。
【請求項６】
セラミック基板および蓋体を備えているセラミックパッケージ、
前記セラミックパッケージ内に収容されている振動子、
前記セラミックパッケージ内に収容され、前記セラミック基板の内壁面に対して接着されている設置物、
前記設置物と前記内壁面とを接着する通気性接着剤層、および
前記セラミックパッケージを封止する金属封止材を備えており、
前記設置物下において、前記セラミック基板に貫通孔が形成されており、前記貫通孔に前記通気性接着剤層が面しており、前記金属封止材が前記貫通孔を封止していることを特徴とする、圧電デバイス。
【請求項７】
前記設置物が、前記振動子を固定するための支持部材であることを特徴とする、請求項６記載の圧電デバイス。
【請求項８】
前記通気性接着剤層が銀ペーストからなることを特徴とする、請求項６または７記載の圧電デバイス。
【請求項９】
前記金属封止材が前記通気性接着剤層を濡らしていることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか一つの請求項に記載の圧電デバイス。
【請求項１０】
セラミック基板および蓋体を備えているセラミックパッケージ、
前記セラミックパッケージ内に収容されている振動子、
前記セラミックパッケージ内に収容されている設置物、
および前記セラミックパッケージを封止する金属封止材を備えており、
前記セラミック基板に、少なくとも前記セラミック基板の外部に面する外側孔、および前記セラミックパッケージの内部空間に面する内側孔が設けられており、前記外側孔が前記設置物の直下にあり、前記内側孔が前記セラミックパッケージの前記内部空間および前記外側孔と連通していることを特徴とする、圧電デバイス。
【請求項１１】
前記内側孔が細長い形状を有することを特徴とする、請求項１０記載の圧電デバイス。
【請求項１２】
前記設置物が、前記振動子を固定するための支持部材であることを特徴とする、請求項１０または１１記載の圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、振動型ジャイロスコープ等に好適に利用できる圧電デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近、自動車の車体回転速度フィードバック式の車両制御方法に用いる回転速度センサーに、振動型ジャイロスコープを使用することが検討されている。こうしたシステムにおいては、操舵輪の方向自身は、ハンドルの回転角度によって検出する。これと同時に、実際に車体が回転している回転速度を振動ジャイロスコープによって検出する。そして、操舵輪の方向と実際の車体の回転速度を比較して差を求め、この差に基づいて車輪トルク、操舵角に補正を加えることによって、安定した車体制御を実現する。
【０００３】こうした振動子は、セラミックパッケージなどの収容部材に収容し、これを回路基板に実装し、さらに所定の筐体内に収容し、筐体を車体へと取り付け可能とする必要がある。
【０００４】特開２００２−９５７７号公報記載の技術においては、気密性の高いセラミックパッケージ内に振動子を収容している。そして、パッケージ基板に、外側に開口する外側孔と内側に開口する内側孔とを設け、外側孔と内側孔とを連通させ、外側孔の直径を内側孔の直径よりも大きくしている。そして、外側孔にボール状の金属封止材を設置し、外側孔から気体を吸引してパッケージ内の雰囲気を減圧し、次いで金属封止材を溶融させ、外側孔を封止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】こうした振動型ジャイロスコープにおいては、パッケージの平面的寸法を小さくすると共に、パッケージの高さを低くすることが要求されている。このためには、セラミックパッケージ内に、できるだけ稠密に振動子、電子部品、ワイヤーボンディングを収容し、固定することによって、隙間を小さくすることが必要である。このため、セラミックパッケージの内壁面には各種の配線が設けられており、前記したような空気抜き用の貫通孔を設けるスペースは非常に限られる。例えば図１のセラミックパッケージにおいては、振動子８の支持部材１０の裏面１０ａ側に空気抜き用の貫通孔を設けることが望ましい。なぜなら、セラミック基板４の内壁面４ｂは、できる限り、各種配線や電子部品を設けるためのスペースとして利用することが、パッケージの小型化のために望ましいからである。
【０００６】しかし、従来のセラミックパッケージでは、空気抜き用の貫通孔を支持部材１０の直下に設けると、貫通孔の内側開口が支持部材１０によって封鎖されてしまい、空気抜きができない。特に、貫通孔内に金属封止材１２を収容した状態では、セラミックパッケージ内を効率的に減圧することはきわめて困難である。
【０００７】本発明の課題は、セラミック基板および蓋体を備えているセラミックパッケージ、セラミックパッケージ内に収容されている振動子、セラミックパッケージ内に収容されている設置物、およびセラミックパッケージを封止する金属封止材を備えている圧電デバイスにおいて、セラミック基板の内壁面の利用効率を向上させてパッケージの小型化を可能とすると共に、パッケージ内部空間を効率的に減圧可能とすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】第一の態様に係る発明は、セラミック基板および蓋体を備えているセラミックパッケージ、セラミックパッケージ内に収容されている振動子、セラミック基板の内壁面上に形成されている厚膜パターン、セラミックパッケージ内に収容され、厚膜パターン上に固定されている設置物、およびセラミックパッケージを封止する金属封止材を備えており、設置物下において、厚膜パターンによって輪郭づけられた空隙部とセラミック基板に形成された貫通孔とが連通しており、金属封止材が貫通孔を封止していることを特徴とする、圧電デバイスに係るものである。
【０００９】以下、図１〜図３を参照しつつ、本発明を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る圧電デバイス１（封止前）を模式的に示す断面図であり、図２は、図１のデバイス（封止後）を模式的に示す断面図である。図３（ａ）は、封止前のセラミック基板４の内壁面４ｂを示す要部平面図であり、図３（ｂ）は、封止前のセラミック基板４の底面４ｃを示す要部底面図である。
【００１０】本圧電デバイス２のセラミックパッケージ１６は、セラミック基板３と蓋体２とを接合材６によって接合することによって作製されている。本例では、セラミック基板３は、底板部４と、底板部４から突出する側壁部５とを備えており、蓋体２は平板形状である。セラミックパッケージ１６の内部空間７には振動子８、および図示しない他の電子部品やワイヤーボンディングが収容されている。また、底板部４の内壁面４ｂ、側壁部５の内壁面には、所定パターンの配線が形成されている。
【００１１】本例では、振動子８が接着層９を介して支持部材１０上に接着されており、支持部材１０はセラミック基板４の底板部４ｂ上に固定される。ここで、本例では、特に図３（ａ）、（ｂ）に示すように、底板部４の内壁面４ｂに一対の厚膜パターン１１Ａ、１１Ｂが形成されており，厚膜パターン１１Ａ、１１Ｂの間に細長い溝１３が形成されている。溝１３中において、底板部４に貫通孔４ａが形成されている。そして、貫通孔４ａの直上に支持部材１０が設置されており、支持部材１０の底面１０ａが貫通孔４ａに面している。
【００１２】この状態で、図１、図３に示すように、ボール状の金属封止材１２を貫通孔４ａ内に収容し、金属封止材１２を支持部材１０の底面１０ａに付き当てて位置決めする。そして、図示しない吸引手段を用いて、貫通孔４ａから気体を吸引し、内部空間７を減圧する。
【００１３】ここで、支持部材１０があっても、支持部材１０の横に溝１３が延びており、溝１３は内部空間７に直接連通する。この結果、貫通孔４ａからの吸引によって内部空間７を効率的に減圧できる。ここで、厚膜パターン１１Ａ、１１Ｂおよび溝１３が存在せず、支持部材１０が底板部４の内壁面４ｂに直接接触していると、貫通孔４ａが支持部材１０によって封鎖されるために、減圧は困難である。次いで、金属封止材１２を、図示しない加熱手段によって加熱し、溶融させ、図２に示す封止材１４を形成する。この封止材１４は、貫通孔４ａ、空隙部１３をほぼ充填し、かつ支持部材１０の底面１０ａを濡らしている。
【００１４】以上述べたように、本発明によれば、セラミック基板３の内壁面の利用効率を向上させてパッケージの小型化を可能とすると共に、パッケージ内部空間７を効率的に減圧可能とできる。
【００１５】好ましくは、金属封止材によって空隙部１３を充填し、あるいは、金属封止材によって設置物の表面を濡らす。これによって封止部分の気密性を一層向上させることができる。
【００１６】本発明においては、厚膜パターンを構成する材質は特に限定されないが、タングステンメタライズ、Ａｇロウ、半田を例示できる。
【００１７】また、厚膜パターンの厚さは、セラミックパッケージ内部を減圧にするときの効率の観点からは、５μｍ以上が好ましく、１０μｍ以上が更に好ましい。また、支持部材１０を安定に厚膜パターン上に支持するという観点からは、厚膜パターンの厚さは５０μｍ以下が好ましい。
【００１８】厚膜パターンによって形成される空隙部の形態は、貫通孔およびセラミックパッケージ内部空間と連通する限り、特に限定されない。好ましくは図１〜図３に示すように、細長い溝状である。
【００１９】設置物の厚膜パターンへの接合固定方法は特に限定されない。例えば、以下の接合材を利用できる。エポキシ樹脂系接着剤、シリコーン樹脂、Ａｇペースト、半田
【００２０】第二の態様に係る発明は、セラミック基板および蓋体を備えているセラミックパッケージ、セラミックパッケージ内に収容されている振動子、セラミックパッケージ内に収容され、セラミック基板の内壁面に対して接着されている設置物、設置物と内壁面とを接着する通気性接着剤層、およびセラミックパッケージを封止する金属封止材を備えており、設置物下において、セラミック基板に貫通孔が形成されており、貫通孔に通気性接着剤層が面しており、金属封止材が貫通孔を封止していることを特徴とする、圧電デバイスに係るものである。
【００２１】以下、図４〜図６を参照しつつ、本発明を説明する。
図４は、本発明の一実施形態に係る圧電デバイス１Ａ（封止前）を模式的に示す断面図であり、図５は、図４のデバイス（封止後）を模式的に示す断面図である。図６（ａ）は、封止前のセラミック基板４の内壁面４ｂを示す要部平面図であり、図６（ｂ）は、封止前のセラミック基板４の底面４ｃを示す要部底面図である。
【００２２】セラミックパッケージ１６の内部空間７には振動子８、および図示しない他の電子部品やワイヤーボンディングが収容されている。また、底板部４の内壁面４ｂ、側壁部５の内壁面には、所定パターンの配線が形成されている。本例では、振動子８が接着層９を介して支持部材１０上に接着されており、支持部材１０はセラミック基板４の底板部４ｂ上に固定される。ここで、本例では、特に図６（ａ）、（ｂ）に示すように、底板部４の内壁面４ｂに通気性接着剤層１５が形成されており，通気性接着剤層１５によって、支持部材１０の底面１０ａが底板部４の内壁面４ｂに接着されている。通気性接着剤層１５は、貫通孔４ａに面している。
【００２３】この状態で、図４、図６に示すように、ボール状の金属封止材１２を貫通孔４ａ内に収容し、金属封止材１２を通気性接着剤層１５に付き当てて位置決めする。そして、図示しない吸引手段を用いて、貫通孔４ａから基体を吸引し、内部空間７を減圧する。
【００２４】ここで、支持部材１０は通気性がないが、通気性接着剤層１５を通して、内部空間７内の気体を吸引可能であり、内部空間７を効率的に減圧できる。通気性接着剤層１５が存在せず、支持部材１０が底板部４の内壁面４ｂに直接接触していると、貫通孔４ａが支持部材１０によって封鎖されるために、減圧は困難である。次いで、金属封止材１２を，図示しない加熱手段によって加熱し、溶融させ、図５に示す封止材１４を形成する。この封止材１４は、貫通孔４ａをほぼ充填し、かつ通気性接着剤層１５を濡らしている。
【００２５】以上述べたように、本発明によれば、セラミック基板３の内壁面の利用効率を向上させてパッケージの小型化を可能とすると共に、パッケージ内部空間７を効率的に減圧可能とできる。
【００２６】通気性接着剤層の厚さは、内部空間７の減圧を促進するという観点からは、５μｍ以上が好ましく、１０μｍ以上が更に好ましい。また、製造上の観点からは、通気性接着剤層の厚さは、５０μｍ以下が好ましい。
【００２７】通気性接着剤層の気孔率は、内部空間７の減圧を促進するという観点からは、１０％以上が好ましく、２０％以上が更に好ましい。また、支持部材１０等の設置物を安定に支持するという観点からは、５０％以下が好ましい。
【００２８】好ましくは金属封止材によって通気性接着剤層を濡らす。これによって、封止部分の気密性を一層向上させることができる。
【００２９】通気性接着剤層の材質は限定されないが、以下のものが好ましい。Ａｇペースト、Ａｕペースト、エポキシ樹脂系接着剤
【００３０】金属封止材による設置物表面への濡れを促進するという観点からは、設置物の材質は金属または合金であることが好ましい。
【００３１】第三の態様に係る発明は、セラミック基板および蓋体を備えているセラミックパッケージ、セラミックパッケージ内に収容されている振動子、セラミックパッケージ内に収容されている設置物、およびセラミックパッケージを封止する金属封止材を備えており、セラミック基板に、少なくともセラミック基板の外部に面する外側孔、およびセラミックパッケージの内部空間に面する内側孔が設けられており、外側孔が設置物の直下にあり、内側孔がセラミックパッケージの内部空間および外側孔と連通していることを特徴とする、圧電デバイスに係るものである。
【００３２】以下、図７〜図１１を参照しつつ、本発明を説明する。
図７（ａ）は、本発明の一実施形態に係る圧電デバイス１Ｂ（封止前）を模式的に示す断面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の要部拡大図である。図８（ａ）は、封止前のセラミック基板の内壁面２２ｂを示す要部平面図であり、図８（ｂ）は、封止前のセラミック基板の底面２１ｂを示す要部底面図である。図９は、外側孔２１ａにボール状の金属封止材１２を固定した状態を示す断面図であり、図１０（ａ）は、セラミック基板の内壁面２２ｂを示す要部平面図であり、図１０（ｂ）は、封止前のセラミック基板の底面２１ｂを示す要部底面図である（いずれもボール状の金属封止材１２が固定されているる）。図１１は、金属封止材１２を溶解させて封止した後の要部断面図である。
【００３３】本例では、特に図７、図８に示すように、セラミック基板２０の底板部２４が、例えば２層のセラミック層２２、２１からなる。内側のセラミック層２２には、内部空間７に面する内側孔２２ａが設けられている。外側のセラミック層２１には、外部に面する外側孔２１ａが設けられている。外側孔２１ａは、設置物である支持部材１０の直下にある。内側孔２２ａは、内部空間７および外側孔２１ａと連通している。支持部材１０は、図示しない接合材によって、内側セラミック層２２の内壁面２２ｂに接合され、固定されている。
【００３４】本例では、特に図８（ａ）、（ｂ）に示すように、外側孔２１ａは略円形を呈しており、内側孔２２ａは細長い形状、例えばスリット形状を呈している。
【００３５】この状態で、図９、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、ボール状の金属封止材１２を外側孔２１ａ内に収容し、金属封止材１２を内側セラミック層２２に付き当てて位置決めする。そして、図示しない吸引手段を用いて、外側孔２１から気体を吸引し、内部空間７を減圧する。
【００３６】ここで、支持部材１０があっても、支持部材１０の横に内側孔２２ａが延びており、内側孔２２ａは内部空間７に直接連通する。この結果、外側孔２１ａからの吸引によって内部空間７を効率的に減圧できる。ここで、内側孔２２ａが存在しないと、外側孔２１ａは支持部材１０によって封鎖されるために、減圧は困難である。この状態で金属封止材１２を，図示しない加熱手段によって加熱し、溶融させ、図１１に示す封止材１４を形成する。
【００３７】以上述べたように、本発明によれば、セラミック基板３の内壁面の利用効率を向上させてパッケージの小型化を可能とすると共に、パッケージ内部空間７を効率的に減圧可能とできる。
【００３８】第一〜第三の各態様の発明において、振動子が所定面に沿って形成されており、かつ所定面が振動子の回転軸に対して略垂直であることが好ましい。ここで、所定面に沿って振動子が形成されているとは、振動子に厚みがあることから、幾何学的に厳密な意味で振動子が所定面上に形成されているという意味ではない。所定面から見て厚さ１ｍｍ程度の中に振動子が形成されていれば包含される。
【００３９】回転軸に対して略垂直な所定面は、幾何学的に厳密に垂直をなしているという意味ではなく、当然、製造上の誤差等を含むものであり、現実的には回転軸に対して厳密に垂直な方向から５°以内であればよい。このような振動子は、いわゆる「横置き」の振動子と呼ばれている。こうした設置方法をとる振動子の場合に、本発明は、パッケージの高さの低減と横方向寸法の低減との点で特に優れている。
【００４０】第一〜第三の各態様の発明において、好ましくは、振動片が圧電性単結晶からなる。圧電性単結晶としては、水晶、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体（Ｌｉ（Ｎｂ，Ｔａ）Ｏ３）単結晶、ホウ酸リチウム単結晶、ランガサイト単結晶を例示できる。
【００４１】第一〜第三の各態様の発明において、設置物は支持部材１０には限定されず、例えば電子回路素子、抵抗素子、振動子を例示できる。
【００４２】セラミック基板の材質は限定されないが、アルミナ、ムライトが特に好ましい。
【００４３】圧電デバイスの用途は限定されず、ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、ＩＣカード等の小型の情報機器、携帯電話、自動車電話、あるいはページングシステム等の移動体通信機器、振動型ジャイロスコープに利用できる。
【００４４】金属封止材の材質は限定されないが、以下の金属の一種または合金が好ましい。
金（Ａｕ）、錫（Ｓｎ）、
以下のものが特に好ましい。
Ｓｎ系金属（例えばＡｕ−Ｓｎ合金）、Ｐｂ−Ｓｎ系合金、Ａｇ系金属、Ｐｄ系金属、Ａｌ系金属（例えばＡｌ−Ｍｇ系合金）
【００４５】また、貫通孔、外側孔、内側孔には、それぞれ金属層を施すことによって、金属封止材が溶融したときに孔壁面を濡らすことができる。
【００４６】特に好ましくは、金属封止材が金（Ａｕ）と錫（Ｓｎ）とを含む合金であり、孔壁面の金属層が、ニッケルメッキによる下地層の上に金メッキを被覆して形成されている。
【００４７】金属封止材の形態は特に限定されず、真球系、回転楕円体、立方体、直方体等の各種形態であってよい。
【００４８】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明によれば、セラミック基板の内壁面の利用効率を向上させてパッケージの小型化を可能とすると共に、パッケージ内部空間を効率的に減圧可能とできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の態様に係る発明の一実施形態に係るものであり、圧電デバイス１（封止前）を模式的に示す断面図である。
【図２】封止後の圧電デバイス１を模式的に示す断面図である。
【図３】（ａ）は、セラミック基板３の底板部４を内壁面４ｂ側から見た平面図であり（振動子８、接合層９は図示省略）、（ｂ）は、セラミック基板３の底板部４を底面４ｃ側から見た平面図である。
【図４】第二の態様に係る発明の一実施形態に係るものであり、圧電デバイス１Ａ（封止前）を模式的に示す断面図である。
【図５】封止後の圧電デバイス１Ａを模式的に示す断面図である。
【図６】（ａ）は、セラミック基板３の底板部４を内壁面４ｂ側から見た平面図であり（振動子８、接合層９は図示省略）、（ｂ）は、セラミック基板３の底板部４を底面４ｃ側から見た平面図である。
【図７】（ａ）は、第三の態様に係る圧電デバイス１Ｂを模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の圧電デバイス１Ｂの要部拡大図である。
【図８】（ａ）は、図７の圧電デバイス１Ｂを、底板部２４の内壁面２２ｂ側から見た平面図であり（支持部材１０は図示省略）、（ｂ）は、圧電デバイス１Ｂを、底板部２４の底面２１ｂ側から見た底面図である。
【図９】圧電デバイス１Ｂの外側孔２１ａにボール状の金属封止材１２を固定した状態を示す断面図である。
【図１０】（ａ）は、図９の圧電デバイス１Ｂを、底板部２４の内壁面２２ｂ側から見た平面図であり（支持部材１０は図示省略）、（ｂ）は、圧電デバイス１Ｂを、底板部２４の底面２１ｂ側から見た底面図である。
【図１１】圧電デバイス１Ｂ（封止後）の要部断面図である。
【符号の説明】
１、１Ａ、１Ｂ　圧電デバイス　　　　２　蓋体　　　　３　セラミック基板　　　　４、２０　底板部　　　　４ａ　貫通孔　　　　４ｂ　底板部４の内壁面　　　　４ｃ　底板部４の底面　　　　５　側壁部　　　　７　セラミックパッケージの内部空間　　　　８　振動子　　　　９　接合層
１０　支持部材　　　　１１Ａ、１１Ｂ　厚膜パターン　　　　１２　ボール状の金属封止材　　　　１３　空隙部　　　　１４　溶融後の金属封止材
１６　セラミックパッケージ　　　　　２０　セラミック基板
２１　外側セラミック層　　　　２１ａ　外側孔　　　　２１ｂ　底板部２４の底面　　　　２２　内側セラミック層　　　　２２ａ　内側孔　　　　２２ｂ　内側セラミック層の内壁面　　　　２４　底板部
【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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【図１１】
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