(57)【要約】【課題】パッケージの封止工程を減少させ、低コストで量産性の良い圧電デバイス用パッケージの真空封止方法を提供することを目的とする。【解決手段】圧電デバイス用パッケージの真空封止方法であって、圧電振動片２２を実装したベース１０にリッド１６を接合して封止する際、前記ベース１０とリッド１６との長辺方向接合部を不活性ガス雰囲気中で溶接する第１の溶接工程と、前記第１の溶接工程で前記パッケージ内部に発生したガスを排出しつつ前記ベース１０内部を真空引きする真空引き工程と、前記ベースと前記リッドとの短辺方向接合部を真空中で溶接する第２の溶接工程とからなることを特徴とする圧電デバイス用パッケージの真空封止方法。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電デバイス用パッケージの真空封止方法であって、圧電振動片を実装したベースにリッドを接合して封止する際、前記ベースとリッドとの接合部のうち、排出部以外の部分を溶接する第１の溶接工程と、前記第１の溶接工程でパッケージ内部に発生したガスを排出するガス排出工程と、前記排出部を溶接する第２の溶接工程とからなることを特徴とする圧電デバイス用パッケージの真空封止方法。
【請求項２】
前記排出部は前記ベースと前記リッドとの短辺方向接合部であり、前記第２の溶接工程では前記ベースと前記リッドとの短辺方向接合部を溶接することを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス用パッケージの真空封止方法。
【請求項３】
前記第１の溶接工程は不活性ガス雰囲気中で行い、前記第２の溶接工程は真空中で行う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用パッケージの真空封止方法。
【請求項４】
前記第１の溶接工程から前記第２の溶接工程までを真空中で行う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用パッケージの真空封止方法。
【請求項５】
前記ベースとリッドとの接合部には、少なくともどちらか一方に、金属ロウが被覆されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の圧電デバイス用パッケージの真空封止方法。
【請求項６】
前記金属ロウには、半田が用いられることを特徴とする請求項５に記載の圧電デバイス用パッケージの真空封止方法。
【請求項７】
前記第１の溶接工程および前記第２の溶接工程における溶接は、シーム溶接であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の圧電デバイス用パッケージの真空封止方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電デバイス用パッケージの真空封止方法に係り、特に高い周波数安定度が要求される圧電デバイス用パッケージの真空封止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧電デバイス用パッケージの封止は、不活性ガス雰囲気中で行われていた。しかし、近年圧電デバイスの小型化が進み、パッケージ内部に実装する振動片等は、その特性を出すためにパッケージ内部を真空にする必要が出て来た。従来のパッケージ封止方法は、ベースとリッドの間に封止材を介して重ね合わせ、ヒータブロックを用いて溶接箇所の全周を一度に溶接するようにしていた。しかし、このような方法では、溶接時に封止部材から発生するガスがパッケージ内部に残ってしまい、パッケージ内部の真空度を低下させてしまっていた。
【０００３】
このようなパッケージ内部に残留するガスを低減する方法として、特許文献１に示す方法を挙げることができる。特許文献１に示される方法は、溶接にシーム溶接を用いた方法である。このシーム溶接を用いた圧電デバイス用パッケージの真空封止方法は、不活性ガス雰囲気中または真空中で、圧電デバイス用パッケージのベースとリッドとを長辺方向、短辺方向に連続してシーム溶接する。この際、前記ベースには、例えば底部に封止孔としての貫通孔が設けられており、不活性ガス雰囲気中でシーム溶接を行った場合であれば、真空中で真空引きをした後に封止材を用いて前記封止孔を封止していた。また、真空中でシーム溶接を行った場合であっても、前記封止孔からシーム溶接時にパッケージ内部に発生したガスを排出し、封止材により前記封止孔を封止する。このような構成によれば、パッケージ内部を高真空で封止することができると共に、シーム溶接によりパッケージ内部に発生したガスを前記パッケージ外部に排出することもできる。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３０７３６８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような構成では、パッケージを封止するまでにかかる工程数が多く、シーム溶接と封止材による封止というように複数の封止方法を用いることで量産性に欠けるということがあった。
本発明は、上記事情を鑑み、パッケージの封止工程を減少させ、量産性を向上させる圧電デバイス用パッケージの真空封止方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の圧電デバイス用パッケージの真空封止方法は、圧電デバイス用パッケージの真空封止方法であって、圧電振動片を実装したベースにリッドを接合して封止する際、前記ベースとリッドとの接合部のうち、排出部以外の部分を溶接する第１の溶接工程と、前記第１の溶接工程でパッケージ内部に発生したガスを排出するガス排出工程と、前記排出部を溶接する第２の溶接工程とからなることを特徴とする。
【０００７】
このような構成からなることにより、封止後のパッケージ内部に残留する封止材等の溶融ガスを抑えることができる。また、リッドとベースとを接合した時点でパッケージの封止が完了することとなるので、ベース等に封止孔を設けてそれを封止するという作業が不要になる。
【０００８】
なお、前記排出部は前記ベースと前記リッドとの短辺方向接合部であり、前記第２の溶接工程では前記ベースと前記リッドとの短辺方向接合部を溶接するのが望ましい。
これにより、短辺方向の接合部は長辺方向の接合部に比べて溶接距離が短く、短時間の溶接となるため、ガスの発生が少なく、前記パッケージ内部に高い真空度を持たせたまま封止を行うことができる。
【０００９】
また、前記第１の溶接工程は不活性ガス雰囲気中で行い、前記第２の溶接工程は真空中で行うようにすると良い。
これにより、第１の溶接工程で、パッケージ内部に発生したガスを排出することが容易になる。
【００１０】
また、前記第１の溶接工程から前記第２の溶接工程までを真空中で行うようにすることもできる。
これにより、全工程を真空中で行うこととなるので、パッケージの搬送またはチャンバ内のガスの入れ替え等を必要としない。
【００１１】
また、前記ベースとリッドとの接合部には、少なくともどちらか一方に、金属ロウが被覆されているようにすると良い。
金属ロウによりパッケージの封止を行うことにより、パッケージの薄型化を実現させることができる。
また、前記金属ロウには、半田が用いられるようにすると良い。半田をロウ材として用いることにより、ＡｕやＡｇを含むロウ材を使用するよりも安価に封止を行うことができる。
【００１２】
さらに、前記それぞれの圧電デバイス用パッケージの真空封止方法において、前記第１の溶接工程および前記第２の溶接工程における溶接は、シーム溶接であるようにすることで、レーザビームや電子ビーム等による封止に比べ、設備費や維持費が安い。よって、製品コストを下げることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る圧電デバイス用パッケージの封止方法について図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る圧電デバイス用パッケージの基本構成を示す側面断面図である。
【００１４】
本実施形態に係る圧電デバイス用パッケージの基本構成は、内部に圧電振動片２２を実装可能なベース１０と、リッド１６とからなる。
前記ベース１０は、セラミックス等の絶縁素材から形成され、例えば、矩形平板状の底板部１４と、外形寸法が前記底板部１４と同一で、矩形枠状に形成された枠部１２とからなり、前記底板部１４の板面に前記枠部１２を接合させて、箱型を成す。
【００１５】
本実施形態では、ベース１０の構成を底板部１４と枠部１２とからなるようにしているが、ベース１０の板面に凹陥部を持つ構成であれば、一体形成されたもの等であっても良い。
【００１６】
また、前記枠部１２の上面であって、前記リッド１６との接合箇所には、印刷したタングステン又はモリブデンを介してニッケル・金からなるメッキを施す。さらに、前記リッド１６には金属ロウである鉛フリー半田がクラッド又は印刷（被覆）されている。半田１８は、金や銀を含有する金属ロウに比べコストが安く製品を安価に作成するのに有効である。もちろん上記した金属ロウを使用する場合であっても本発明を実施するにあたって支障は無い。なお、半田として鉛フリー半田を使用すれば環境にも良い。
【００１７】
前記リッド１６は、加熱冷却時の熱による膨張収縮が小さい素材で形成されることが好ましく、例えば鉄・ニッケル・コバルトからなる合金であるコバールから成る矩形板であれば良い。また、図示しないが、好ましくは、前記コバールから成るリッド１６の表面に、ニッケル等の金属のメッキ層を施しておくと良い。
【００１８】
前記リッド１６を構成する素材として、コバールを挙げたが、熱伝導性が有り、熱膨張率の少ないものであれば、鉄・ニッケルの合金であるインバー等を使用することもできる。また、リッド１６の表面に図示しないメッキ層を施すと記載したが、前記メッキ層は、少なくともベース１０との接合箇所を覆う範囲で施すようにすれば良い。
【００１９】
前記ベース１０とリッド１６との接合部にそれぞれメッキ層を施すようにすることにより、溶接時の溶着性を高めると共に、前記金属ロウである半田１８が融解した際に、前記半田１８および半田１８に含まれるフラックス剤が気化して発生するガスの噴出によりパッケージ内部に飛散する半田１８の屑を吸着することができる。これは、前記メッキ層の融点が前記半田１８よりも高いために成される作用であり、半田１８の屑が圧電振動片２２や、内部電子部品に付着してしまい短絡を起すということを避けることができる。
【００２０】
前記圧電振動片２２は、例えば水晶で形成されたＡＴカット振動片や、音叉型振動片等であり、導電性接着剤２０により、前記ベース１０に形成された凹陥部内であって、底板部１４の表面に実装される。
【００２１】
本実施形態では、リッド１６とベース１０とを溶接する手段としてシーム溶接を採用する。シーム溶接は、図２に示すような１対の截頭円錐状のローラ電極２４により、加圧・通電を行い、溶接対象箇所を連続的に抵抗溶接するものである。前記シーム溶接は、気密性に優れた溶接手段である。また、溶接箇所に、気密性に優れた連続溶接を施す他の手段であるレーザビーム溶接や、電子ビーム溶接に比べ、装置や、当該装置の維持費を安価なものとすることができる。
【００２２】
本実施形態では、ベース１０の枠部１２上面にタングステン又はモリブデン等を印刷し、ニッケル・金からなるメッキ浴に浸漬させて、前記タングステン又はモリブデンからなる層の表面に前記ニッケル・金からなるメッキを施す。
【００２３】
コバールからなるリッド１６は、例えばニッケルからなるメッキ浴に浸漬させることにより、表面にニッケルからなるメッキを施すようにすると良い。
前記ベース１０とリッド１６との接合箇所であって、少なくともどちらか一方の接合箇所には、半田１８がクラッド又は、印刷される。
上記のようにベース１０およびリッド１６に加工を施した後、図４に示す手順でパッケージの封止を行う。
【００２４】
ベース１０の内部にＡｇペースト等の導電性接着剤により圧電振動片２２をマウントさせた後、図示しない硬化炉で前記導電性接着剤を硬化させる（ステップ１００、１０２）。前記導電性接着剤硬化後、図示しないアニール炉によりアニールし、前記圧電振動片２２に生じた歪を除去する（ステップ１０４）。歪除去後、レーザ照射等により、前記圧電振動片２２の周波数調整を行う（ステップ１０６）。
【００２５】
ベース１０の枠部１２上面に、前記リッド１６を載置する。このとき、前記ベース１０とリッド１６との間に、半田１８が介在するようにする。リッド１６をベース１０に載置した後、図示しない仮付け機でリッド１６をベース１０に仮付けする（ステップ１０８）。
上記のように構成された圧電デバイス１は、ローラ電極２４のローラ部を前記リッド１６表面の対向する辺に当てて、加圧・通電することにより溶接される。
【００２６】
本実施形態では、まず前記圧電デバイス１をチャンバ内に載置し（図示せず）、溶接時に各溶接部の酸化を防止するために、チャンバ内に不活性ガスである窒素（Ｎ２）ガスを充満させる。前記不活性ガスとしては、他の不活性ガス（アルゴン等）を使用することもできるが、低コスト化を図る上では、Ｎ２を使用することが好ましい。Ｎ２ガス雰囲気中で図３に示すようにパッケージの長辺方向（Ｙ方向）である矢印３０の方向にシーム溶接（Ｙシーム）を施し、図中ハッチングで示す長辺部分３０ａを溶接する（ステップ１１０）。
【００２７】
長辺部分３０ａの溶接を終了後、前記チャンバ内のＮ２ガスを排気し、前記チャンバ内を真空状態にする、又は前記チャンバ内のＮ２ガスを排気せずに、図示しない別の真空シーム溶接機の真空チャンバ内に圧電デバイス１を載置する。このとき、真空チャンバ内の圧力は、５×１０−３Ｐａ程度にしておくことが好ましい。前記パッケージは、接合部のうち排出部である短辺部分４０ａ以外の長辺部分３０ａのみを溶接した状態にあるので、前記チャンバ内を真空にすることにより、パッケージ内部に発生したガス（半田１８および半田１８に含まれるフラックス剤が気化して発生するガス）を排気することができる。また、真空にしたチャンバ内で、前記圧電デバイス１のアニールを行う。前記アニールは、２６０℃程度で２時間以上行うことにより、パッケージ内の残留ガスの排気を行う（ステップ１１２）。また、当該アニールによって圧電振動片２２に生じた歪を除去しても良い。
【００２８】
上記工程終了後、前記真空チャンバ内で、真空シーム溶接機（不図示）を用いて、矢印４０の方向であるパッケージの短辺方向（Ｘ方向）のシーム溶接（Ｘシーム）を行い、排出部として使用した短辺部分４０ａを溶接する。ＸシームはＹシームに比べて溶接距離が短く、短時間の溶接となるため、ガスの発生が少なく、前記パッケージ内部に高い真空度を持たせたまま封止を行うことができる（ステップ１１４）。
【００２９】
封止完了後、前記溶接箇所にリークが無いか検査を行う（ステップ１１６）。前記検査は、グロスリークとファインリークと呼ばれる既知の方法によって行われる。グロスリークは大きなリークを検出するのに好適であり、ファインリークは小さなリークを検出するのに好適である。
リーク検査終了後、周波数特性等の圧電デバイス１の特性について特性検査を行う（ステップ１１８）。
【００３０】
次に本発明に係る他の実施形態について説明する。
本実施形態は、第１の実施形態に比べてＹシームを行う雰囲気のみが異なり、他の構成・作用は第１の実施形態と同様である。よって、Ｙシームを行う構成についてのみ説明する。
【００３１】
本実施形態では、リッド１８の仮付け（ステップ１０８）終了後、チャンバ（不図示）内に圧電デバイス１を載置し、前記チャンバ内を真空引きする。前記真空引き終了後、Ｙシームを行い、図３に示す長辺部分３０ａを溶接する。Ｙシーム終了後、アニールによりパッケージ内に発生したガスを排出するが、複数のパッケージを同時に封止するようにして、全てのパッケージについてＹシームを行った後にアニールを行うようにすると良い。他の構成、作用については、第１の実施形態と同様である。
【００３２】
上記実施形態における圧電デバイス用パッケージの真空封止方法において、圧電振動片２２を実装したベース１０にリッド１６を接合して封止する際、前記ベース１０とリッド１６との長辺方向接合部を不活性ガス雰囲気中で溶接する第１の溶接工程と、前記第１の溶接工程で前記パッケージ内部に発生したガスを排出しつつ前記パッケージ内部を真空引きする真空引き工程と、前記ベース１０と前記リッド１６との短辺方向接合部を真空中で溶接する第２の溶接工程とからなるようにしたことにより、封止後に、パッケージ内部に残留する溶融ガスを抑えることができる。また、リッド１６とベース１０とを接合した時点でパッケージの封止が完了することとなるので、ベース等に封止孔を設けてそれを封止するという作業が不要になる。
【００３３】
また、圧電振動片２２を実装したベース１０にリッド１６を接合して封止する際、前記ベース１０とリッド１６との長辺方向接合部を真空中で溶接する第１の溶接工程と、前記第１の溶接工程で前記パッケージ内部に発生したガスを排出するガス排出工程と、前記ベース１０と前記リッド１６との短辺方向接合部を真空中で溶接する第２の溶接工程とからなるようにしたことで、封止後に、パッケージ内部に残留する溶融ガスを抑えることができる。また、リッド１６とベース１０とを接合した時点でパッケージの封止が完了することとなるので、ベース等に封止孔を設けてそれを封止するという作業が不要になる。さらに、全工程を真空中で行うこととなるので、パッケージの搬送またはチャンバ内への導入ガスの入れ替え等を必要としない。
【００３４】
また、前記ベース１０とリッド１６との接合部には、少なくともどちらか一方に、金属ロウとして半田１８をクラッド又は、印刷するようにしたことにより、ＡｕやＡｇを含むロウ材を使用するよりも安価に封止を行うことができ、かつパッケージの薄型化を実現させることができる。
【００３５】
さらに、前記それぞれの圧電デバイス用パッケージの真空封止方法において、溶接手段を、シーム溶接としたことにより、レーザビームや電子ビーム等による封止に比べ、設備費や維持費が安い。よって、製品コストを下げることができる。
【００３６】
上記実施形態では、金属ロウを用いて溶接を行う方法のみについて記載したが、もちろんコバール等の金属枠を用いて溶接を行う場合であっても本発明の圧電デバイス用パッケージの真空封止方法を、採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る圧電デバイス用パッケージの基本構成を示す側面断面図である。
【図２】本発明で採用するシーム溶接の様子を示す図である。
【図３】本発明に係る圧電デバイス用パッケージの真空封止方法の溶接手順を示す図である。
【図４】本発明の実施形態における工程の概略を示す図である。
【符号の説明】
１………圧電デバイス、１０………ベース、１２………枠部、１４………底板部、１６………リッド、１８………半田、２０………導電性接着剤、２２………圧電振動片、２４………ローラ電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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