(57)【要約】【課題】パッケージ内部を確実かつ良好に気密封止できる表面実装型圧電デバイスをより一層の薄型化・低背化可能にする。【解決手段】水晶振動片１４を搭載した水晶振動子のパッケージ１３は、セラミック薄板からなる底板部１５の上にセラミック薄板からなる枠部１６を一体に接合した２層構造の箱型ベース１１と、その上部に接合された金属薄板の蓋１２とからなり、枠部１６上面に開口してベース裏面まで貫通する封止孔２１を有する。封止孔は、ベースに設けられた大径部２１ａとこれに連続して枠部に設けられた小径部２１ｂとからなり、これら大径部と小径部との段差付近にメタライズ部２４を利用して封止材２２を溶着させることにより閉塞され、パッケージ内部が所望の真空又はガス雰囲気で気密に封止される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動片と、絶縁材料からなる箱型のベース及び前記ベースの上部に接合される平板状の蓋を有し、その内部に前記圧電振動片を気密に封止するパッケージとを備え、
前記ベースが、平板状の底板部と、前記圧電振動片を収容するための空所を画定するべく前記底板部の上に積層される枠部とからなり、かつ前記底板部の裏面から前記枠部の上面まで貫通する封止孔を有し、
前記封止孔が、前記ベースに設けられた大径部とこれに連続して前記枠部に設けられた小径部とからなり、前記大径部と前記小径部との段差付近で溶融金属により気密に封止されていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記封止孔の前記段差の表面がメタライズされ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】
前記蓋が透明なガラス薄板であり、かつ前記圧電振動片が音叉型圧電振動片であることを特徴とする請求項１又は２に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、様々な電子機器に多用されている圧電振動子、圧電発振器やＳＡＷデバイス等の圧電デバイスに関し、特に水晶等の圧電材料からなる振動片を実装して気密に封止する表面実装型の圧電デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、圧電デバイスは電子機器の小型化、薄型化に伴い、より一層の小型化・薄型化が要求されると共に、回路基板等への実装に適した表面実装型のものが多用されている。一般に表面実装型の圧電デバイスは、絶縁材料からなる薄い箱型のベースと薄板状の蓋とから構成されるパッケージ内に、圧電振動片及び必要に応じて電子部品を気密に封止する構造のものが知られている。更に、蓋をベースに接合する際に発生するガスを排気し又は封止後のパッケージ内部を所望の雰囲気に維持するためにベースに封止孔を設け、かつこれを蓋の接合後に閉塞するパッケージ構造が知られている。このような圧電デバイスの一例が、本願出願人による下記特許文献１及び２に記載されている。
【０００３】
図４（Ａ）は、パッケージ１内部に音叉型水晶振動片２を搭載した従来の表面実装型水晶振動子の典型例を示している。パッケージ１は、セラミック材料からなるベース３と、その上に低融点ガラスを用いて気密に接合される薄いガラス板からなる蓋４とを有する。ベース３は、音叉型水晶振動片２を実装する平板状の底板部５の上に、該振動片２を収容するための空所を画定する枠部６を積層した箱型に形成され、その底面略中央には、前記空所に開口する封止孔７が設けられ、例えばＡｕ−Ｓｎ等の低融点金属からなる封止材８で閉塞されている。
【０００４】
封止孔７は、図４（Ｂ）によく示すように、その底面側の開口を大きくして段差９が設けられ、かつ該段差の表面は適当な金属材料でメタライズされている。段差９は、最終工程で音叉型水晶振動片２を実装したベース３に蓋４を接合した後にパッケージ１内部を真空封止する際に、前記低融点金属からなる金属ボール１０を載せ、これをレーザビーム等で溶融させ、封止孔７内面に溶着させてこれを閉塞するために使用する。段差９を設けることによって、金属ボール１０は封止孔７開口に位置決めされ、かつ封止孔９の底面側開口付近に溶着させて、パッケージ内部に溶出することが防止される。段差９を設けるため、底板部５は、大径孔７ａを設けた底面側のセラミック薄板５ａと小径孔７ｂを設けた空所側のセラミック薄板５ｂとからなる少なくとも２層の積層構造に形成される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３３２９５２号公報
【特許文献２】特開２００２−７６８１５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように封止孔が圧電振動片の実装面に開口するパッケージは、上述した段差９を設けるためにベースの底板部５を少なくとも２層構造にする必要があり、そのためにパッケージをそれ以上薄型化・低背化することは困難である。また、封止材を充填するために金属ボールにレーザビーム等を照射する際には、パッケージ内部にまで溶出して圧電振動片に悪影響を与えないように、その出力を微調整しなければならず、作業が面倒で効率を低下させるという問題があった。更に、金属ボールの大きさにばらつきがあると、溶着させた封止材が封止孔からパッケージの外側にはみ出し、圧電デバイスを表面実装する際に妨げとなる虞がある。
【０００７】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、より一層の薄型化・低背化が可能であり、パッケージ内部を所望の雰囲気で確実にかつ良好に気密封止でき、しかもその作業性が良い表面実装型の圧電デバイスを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記目的を達成するために、圧電振動片と、絶縁材料からなる箱型のベース及び前記ベースの上部に接合される平板状の蓋を有し、その内部に前記圧電振動片を気密に封止するパッケージとを備え、前記ベースが、平板状の底板部と、圧電振動片を収容するための空所を画定するべく底板部の上に積層される枠部とからなり、かつ底板部の裏面から枠部の上面まで貫通する封止孔を有し、該封止孔が、ベースに設けられた大径部とこれに連続して枠部に設けられた小径部とからなり、これら大径部と小径部との段差付近で溶融金属により気密に封止された圧電デバイスが提供される。
【０００９】
蓋はその材質によってろう材や低融点ガラス、接着剤等を用いてベース上部に接合されるが、必然的にベース上面と蓋裏面との間には、ろう材等の厚さの分だけ僅かな隙間が生じ、この隙間及び封止孔を介してパッケージ内部は、蓋の接合後も外部の雰囲気と連通する。従って、蓋の接合後にパッケージを所望の真空又は適当なガス雰囲気に置いて、図４に関連して上述した従来方法を用いて封止材で封止孔を閉塞することにより、パッケージ内部は該所望の雰囲気に気密に封止することができる。
【００１０】
或る実施例では、前記封止孔の大径部と小径部とによる段差の表面が適当な金属材料でメタライズされていると、それにより封止材の溶着性が増し、より確実かつ良好に封止孔を閉塞することができるので、好都合である。
【００１１】
また、パッケージのベースは、枠部の上面に開口する封止孔がベースの大径部と枠部の小径部とから形成されるので、底板部を１層だけで、例えば１つのセラミック薄板だけで構成し、枠部と足して２層構造にすることができる。従って、ベースが少なくとも３層必要な従来構造に比して、パッケージの薄型化・低背化を図ることができる。また、封止孔を設けることによって枠部の蓋接合面が従来よりも大きくなり、蓋の接合強度が増すと共に、パッケージ全体の剛性が向上する。
【００１２】
更に、封止孔は、圧電振動片を収容するパッケージ内の前記空所に直接ではなく、ベース上面と蓋裏面との狭い隙間に開口しているので、封止孔を閉塞させる際に、封止材があまりに多量であるなどのために封止孔から溶出しても、前記空所まで流れ込んで圧電振動片に悪影響を及ぼす虞が無い。従って、封止孔の前記段差に配置した金属ボールの大きさに拘わらず、これをレーザビームの照射等で溶融させる際にその出力を微調整する必要が無く、作業性が大幅に改善される。
【００１３】
蓋は、従来同様に金属又はガラス、セラミック等の薄板で形成され、圧電振動片は、必要に応じて厚みすべりモードの圧電振動片や音叉型振動片のいずれも搭載することができる。圧電振動片が音叉型振動片の場合には、蓋を透明なガラス薄板とすることによって、パッケージの封止後に外側から蓋を通してレーザビームを照射し、振動腕の表面に予め付着させた金属錘材料を部分的に除去して、その発振周波数を微調整することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）（Ｂ）は、本発明を適用した表面実装型水晶振動子の好適な実施例を概略的に示している。この水晶振動子は、セラミック材料のベース１１と蓋１２とからなるパッケージ１３の内部に、音叉型水晶振動片１４が実装されている。ベース１１は、概ね長方形をなす１枚のセラミック薄板からなる底板部１５の上に、同様にセラミック薄板からなる長方形の枠部１６を一体に接合して、水晶振動片１４を収容する空所１７を画定する薄い矩形箱型に形成されている。水晶振動片１４は、その基端部１４ａにおいて導電性接着剤１８により、空所１７内の振動片実装面に形成された接続電極１９に片持ちで略水平に固着されている。
【００１５】
蓋１２は矩形の透明なガラス薄板で形成され、低融点ガラス２０を用いて枠部１６の上端に気密に接合されている。別の実施例では、ガラス以外にセラミックス等の絶縁材料や金属材料の薄板で形成された蓋１２を用いることができ、その材質に応じてはんだ等のろう材や低融点ガラス、接着剤等を用いて枠部１６上端に接合される。金属板の蓋を用いる場合、はんだ等のろう材を用いるので、枠部１６上面の周縁に沿って接合部を予めメタライズしておくと、ろう材の枠部１６上面への接着性が増し、蓋１２をベース１１に確実に接合することができる。
【００１６】
ベース１１は、枠部１６が幅方向に空所１７の一方の側に拡大され、かつその拡大部分の略中央にベース裏面まで貫通する封止孔２１が設けられている。このように枠部１６が拡大されることにより蓋１２との接合面積が大きくなるので、蓋の接合強度が向上する。封止孔２１は、図１（Ｃ）に示すように、底板部１５に設けられた大径部２１ａと枠部１６に設けられた小径部２１ｂとを有し、それらによりベース１１の底面側に段差が画定される。ベース１１上面と蓋１２裏面との間には、蓋１２をベース１１に接合する低融点ガラス２０の厚さだけ、僅かな隙間が画定されており、この隙間を介して、蓋１２の接合後もパッケージ１３内部は外部雰囲気と連通している。
【００１７】
封止孔２１は、ベース１１底面の開口付近に適当な金属の封止材２２を充填して気密に閉塞され、それによりパッケージ１３内部を気密に封止している。封止材２２の充填は、図４の従来技術に関連して上述したと同様に行う。図１（Ｃ）に示すように、水晶振動片１４を実装したベース１１の上面に蓋１２を接合した後、その底面を上向きにしてパッケージ１３を真空雰囲気内に置き、Ａｕ−ＳｎやＡｕ−Ｇｅ等の低融点金属からなる金属ボール２３を封止孔２１の前記段差に載せ、これにレーザビーム又はハロゲンランプを照射して封止孔２１に溶着させる。
【００１８】
封止孔２１の前記段差の表面には、予めメタライズ部２４が公知技術により、例えば適当な金属材料をスクリーン印刷しかつその上を必要に応じてめっきしたり、蒸着又はスパッタリングなどすることによって形成されている。このメタライズ部２４により封止材２２の良好な接着性が得られるので、封止孔２１を前記段差付近で確実に封止することができる。また、封止孔２１は、枠部１６上面と蓋１２裏面との隙間に開口しているので、金属ボール２３が大き過ぎたり照射したレーザビームの出力が過大であっても、封止材２２が空所１７に直接溶出して水晶振動片１４に悪影響を及ぼす虞はない。
【００１９】
最後に、このように真空封止したパッケージ１３の外側から透明な蓋１２を通してレーザビームを照射し、水晶振動片１４の各振動腕の表面に予め付着させておいた周波数調整用の金属錘材料を部分的に蒸散・除去させ、水晶振動片１４の発振周波数を微調整する。これにより、パッケージ内部が高度に真空封止されて、安定して所望の性能を発揮する高性能・高品質の水晶振動子が得られる。
【００２０】
本発明の封止孔２１は、蓋との接合部を除く枠部１６のあらゆる位置に設けることができる。図２の変形例では、ベース１１の枠部１６が長手方向に空所１７の一方の側に広く拡大され、かつその拡大部分の略中央に封止孔２１が設けられている。これにより、上記実施例と同様に、枠部１６の蓋１２との接合面積が拡大し、その接合強度が増大する。
【００２１】
図３に示す別の変形例では、矩形ベース１１の一方の対角方向に沿って空所１７が設けられかつ水晶振動片１４が配置されている。枠部１６は、空所１７の両側に広く概ね三角形の領域が確保され、その一方の領域の略中央に封止孔２１が設けられている。このような空所１７両側の広い領域によって、上記各実施例と同様に枠部１６の蓋１２との接合面積が拡大しての接合強度が増大すると同時に、ベース１１の剛性が増してパッケージ１３全体の強度が向上する。
【００２２】
以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内において上記各実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。例えば、本発明は水晶以外のタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの様々な圧電材料からなる振動片や、音叉型以外の、厚みすべり振動モードの振動片を有する圧電デバイスについても同様に適用することができる。
【００２３】
本発明の圧電デバイスは、上述したようにパッケージの箱型ベースの枠部上面に開口し、ベース底板部の大径部と枠部の小径部とからなる封止孔を設け、かつこれら大径部と小径部との段差付近に封止材を溶着させてパッケージ内部を気密に封止する構成により、ベースを２層構造にできるので、パッケージ全体を薄型化・低背化が可能であると共に、従来と同様の封止工程において封止材がパッケージ内部に溶出して圧電振動片に悪影響を与える虞が無く、作業性を大幅に向上させることができ、製造コストを低減させることができる。また、枠部が拡大されることによってパッケージ自体の剛性及び蓋のベースへの接合強度が増し、圧電デバイスの信頼性・耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）図は本発明による水晶振動子の好適な実施例を示す平面図、（Ｂ）図はそのＩ−Ｉ線における横断面図、（Ｃ）図はその封止孔を閉塞する要領を示す部分拡大断面図。
【図２】封止孔を異なる位置に配置した水晶振動子の変形例を示す平面図。
【図３】封止孔を更に異なる位置に配置した水晶振動子の別の変形例を示す平面図。
【図４】（Ａ）図は従来の水晶振動子の実施例を示す縦断面図、（Ｂ）図はその封止孔を閉塞する要領を示す部分拡大断面図。
【符号の説明】
１、１３  パッケージ；２、１４  水晶振動片；３、１１  ベース；４、１２  蓋；５、１５  底板部；６、１６  枠部；７、２１  封止孔；７ａ、２１ａ  大径部；７ｂ、２１ｂ  小径部；８、２２  封止材；９  段差；１０、２３  金属ボール；１７  空所；２０  低融点ガラス；２４  メタライズ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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