(57)【要約】【課題】封止用の金属ボールを使用することなく真空もしくは不活性ガス雰囲気での封止を行う。【解決手段】圧電振動片１２のマウント空間１４を構成するパッケージ枠体１６の角部とその角部により一部を塞がれるパッケージベース１８に開けた貫通孔２０により封止孔２２を構成する。貫通孔２０の内壁のパッケージ材溶融物により前記封止孔を塞ぐ。あるいは、貫通孔をパッケージベースの実装用電極部に配置して貫通孔内に金属膜を設け、貫通孔内壁の金属膜溶融物により前記封止孔を塞ぐことで、圧電振動子のマウント空間を密閉封止する。必要に応じて、リッドに貫通孔や切欠を設け、これをパッケージ枠体によって一部を塞ぐようにして形成された封止孔を設け、リッド材料を溶融して封止孔を塞ぐようにしてもよい。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子のマウント空間を構成するパッケージ枠体の角部とその角部により一部を塞がれるパッケージベースに開けた貫通孔とにより封止孔を構成し、前記貫通孔の内壁のパッケージ材溶融物により前記封止孔を塞ぐことで、前記マウント空間を密閉封止してなることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
圧電振動子のマウント空間を構成するパッケージ枠体の角部とその角部により一部を塞がれるパッケージベースに開けた貫通孔とにより封止孔を構成するとともに、前記貫通孔を前記パッケージベースの実装用電極部に配置して前記貫通孔内に金属膜を設け、前記貫通孔の内壁の金属膜溶融物により前記封止孔を塞ぐことで、前記マウント空間を密閉封止してなることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項３】
圧電振動子のマウント空間を構成するパッケージ枠体の角部とその角部により一部を塞がれるリッドの角部に設けた貫通孔とにより封止孔を構成し、リッド材溶融物により前記封止孔を塞ぐことで、前記マウント空間を密閉封止してなることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項４】
パッケージベースと圧電振動片がマウントされる空間を形成するパッケージ枠体とからなり、前記パッケージ枠体の角部とその角部により一部を塞がれるパッケージベースに開けた貫通孔とにより封止孔を構成してなることを特徴とする圧電デバイス用パッケージ。
【請求項５】
前記パッケージベースは単層であることを特徴とする請求項４記載の圧電デバイス用パッケージ。
【請求項６】
貫通孔をパッケージのベースの角部に穿孔し、前記パッケージの内部空間を構成する枠体の角部で前記貫通孔の一部を遮蔽して積層することにより開口面積を小さくした封止孔を有するパッケージを形成し、前記パッケージに圧電振動片をマウントしてリッドを取り付けた後、前記封止孔周辺のパッケージ材をレーザ又は電子ビームにより溶融して孔封止を行うことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
【請求項７】
貫通孔をパッケージのベースにおける電極部を形成している角部に穿孔するとともに孔内壁部に金属膜を形成し、前記パッケージの内部空間を構成する枠体の角部で前記貫通孔の一部を遮蔽して積層することにより開口面積を小さくした封止孔を有するパッケージを形成し、前記パッケージに圧電振動片をマウントしてリッドを取り付けた後、前記封止孔周辺の前記金属膜をレーザ又は電子ビームにより溶融して孔封止を行うことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
【請求項８】
圧電振動子のマウント空間を構成するパッケージ枠体の角部により一部が閉塞可能な貫通孔もしくは切欠をリッドに形成しておき、パッケージに圧電振動片をマウントした後、前記パッケージ枠体の角部と前記貫通孔もしくは前記切欠とにより構成される封止孔を形成するように前記リッドを前記パッケージに装着し、前記リッドの前記貫通孔もしくは前記切欠周辺部をレーザ又は電子ビームにより溶融させることにより前記封止孔を塞ぐことで、前記マウント空間を密閉封止して製造することを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
【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、圧電デバイス用パッケージ、および圧電デバイスの製造方法に係り、振動片を真空密閉もしくは不活性ガス雰囲気で密閉する際の孔封止を簡易に行えるようにした圧電デバイス、圧電デバイス用パッケージ、および圧電デバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
音叉型振動片に代表される圧電振動片はセラミックパッケージに真空密閉状態もしくは不活性ガス雰囲気で実装されている。代表的に真空密閉する場合を例にとれば、マウント空間が形成されているパッケージに振動片をマウントし、リッドをセッティングした後、真空槽中に置くことにより、パッケージベースもしくはリッド側に開けた孔を通じて予めパッケージ内部を真空にしておき、孔に装着したボールを加熱手段によって溶融して孔を塞いで密閉する方法を採用している。
【０００３】
具体的工程は次のようになる。セラミックパッケージにマウント機を用いて圧電振動片をマウントし、次いで、硬化炉にて硬化処理を行う。パッケージの開口にリッドとなるガラスをセットし、封止炉にてガラス封止を行う。その後、アニール炉によりアニール処理をなし、予めパッケージに穿孔されている封止孔にボールをセットし、真空槽に入れる。レーザ照射装置などの孔封止機を用いて孔封止処理をなし、リッド側から振動片の周波数調整を行い、最終的に特性検査を行って製品として出荷される。
【０００４】
ところで、上述した従来のデバイスの製造工程では、セラミックパッケージ内を真空封止する処理は、Ａｕ／Ｓｎボールをセラミックパッケージの孔の開口部分に置いて、レーザで溶融させて孔封止を行う方法が採用されている。
【０００５】
しかし、封止孔部分にセットする際にボールがかすかな衝撃によっても落下紛失したり、封止ボールを封止のために溶融すると、これが振動片のマウント室内部側に盛り上がって固化してしまって振動障害となったりする問題がある。前者の問題には、封止孔の構造を小径孔と大径孔の２種類の孔を有するセラミックベースを複数積層して段差付き封止孔とし、セットしたボールが逃げ落ちないようにしている。後者の問題に対しては段差つきの封止孔の段差部分にＡｕ／Ｓｎボールと濡れ性のある金属層を形成しておき、ボールを溶融したときに金属層部分に溶融金属が留まってパッケージ内部に流動しないようにした構造のものが提案されている。特許文献１に記載の例は、図７に示しているように、両者の問題を同時に解決したもので、次のように構成されている。
【０００６】
この例は、圧電振動子用パッケージであって、上面に圧電振動片３の搭載部１ａを有するとともに上面から下面にかけて貫通孔６が設けられた略平板状のパッケージベース１と、パッケージベース１の上面に接合され、パッケージベース１との間の空間に圧電振動片３を気密に収容するリッド２とから成っている。前記貫通孔６は封止孔を構成するもので、上面側の第１の孔６ａと、第１の孔６ａより開口が大きな下面側の第２の孔６ｂとから成るとともに、第１孔６ａの第２孔６ｂ側の開口の周辺に封止用金属部材７を取着するための金属層８が被着されている。これにより、貫通孔６が確実に封止されるとともに、封止部材がパッケージベース１の上面や下面に突出することがない。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１０６５１５号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の方法は、いずれもＡｕ／Ｓｎボールを使用する工程であり次のような問題点を有していた。
第１に、Ａｕ／Ｓｎボールは高価であるため、全体的なコストアップの要因となっていた。第２に、孔封止部のセラミックが上面側の第１の孔６ａと、第１の孔６ａより開口が大きな下面側の第２の孔６ｂを形成するために少なくとも２層必要で厚くなり、コストアップになる欠点は避けられない。第３に、Ａｕ／Ｓｎボールが０．４ｍｍと小さく、セットや運搬で紛失したりして作業性も悪かった。第４に、封止時にＡｕ／Ｓｎボールのスプラッシュが水晶に付着して、特性劣化になることもある。第５に、Ａｕ／Ｓｎボールの寸法のバラツキによりセラミックプレート面より突出し、あるいは穴明きになることがあった。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に着目し、封止用の金属ボールを使用することなく真空もしくは不活性ガス雰囲気での封止を行うことができる圧電デバイス、圧電デバイス用パッケージ、および圧電デバイスの製造方法を提供することを目的とする。また、薄型構造にできる圧電デバイス、圧電デバイス用パッケージ、および圧電デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る圧電デバイスは、圧電振動子のマウント空間を構成するパッケージ枠体の角部とその角部により一部を塞がれるパッケージベースに開けた貫通孔により封止孔を構成し、貫通孔の内壁のパッケージ材溶融物により前記封止孔を塞ぐことで、前記マウント空間を密閉封止してなることを特徴としている。これにより、封止用の金属ボールを使用することなく真空もしくは不活性ガス雰囲気での封止を行うことができる。
【００１１】
また、本発明は、圧電振動子のマウント空間を構成するパッケージ枠体の角部とその角部により一部を塞がれるパッケージベースに開けた貫通孔により封止孔を構成するとともに、前記貫通孔をパッケージベースの実装用電極部に配置して貫通孔内に金属膜を設け、貫通孔内壁の金属膜溶融物により前記封止孔を塞ぐことで、前記マウント空間を密閉封止してなる構成とすることができる。
【００１２】
更に、本発明は、圧電振動子のマウント空間を構成するパッケージ枠体の角部とその角部により一部を塞がれるリッドの角部に設けた貫通孔により封止孔を構成し、リッド材溶融物により前記封止孔を塞ぐことで、前記マウント空間を密閉封止してなることを特徴とする構成としてもよい。
【００１３】
本発明に係る圧電デバイス用のパッケージは、パッケージベースと圧電振動片がマウントされる空間を形成するパッケージベースとからなり、前記パッケージ枠体の角部とその角部により一部を塞がれるパッケージベースに開けた貫通孔により封止孔を構成してなることを特徴としている。この場合において、前記パッケージベースは単層とすることができる。
【００１４】
本発明に係る圧電デバイスの製造方法は、貫通孔をパッケージのベースの角部に穿孔し、パッケージの内部空間を構成する枠体の角部で前記貫通孔の一部を遮蔽して積層することにより開口面積を小さくした封止孔を有するパッケージを準備しておき、前記パッケージに圧電振動片をマウントしてリッドを取り付けた後、前記封止孔周辺のパッケージ材をレーザにより溶融して孔封止を行うことを特徴としている。
【００１５】
また、本発明は、貫通孔をパッケージのベースにおける電極部を形成している角部に穿孔するとともに孔内壁部に金属膜を形成し、パッケージの内部空間を構成する枠体の角部で前記貫通孔の一部を遮蔽して積層することにより開口面積を小さくした封止孔を有するパッケージを準備しておき、前記パッケージに圧電振動片をマウントしてリッドを取り付けた後、前記封止孔周辺の金属膜をレーザにより溶融して孔封止を行うように構成することもできる。
【００１６】
更に、本発明は、圧電振動子のマウント空間を構成するパッケージ枠体の角部により一部が閉塞可能な貫通孔もしくは切欠をリッドに形成しておき、パッケージに圧電振動子をマウントした後、前記パッケージ枠体の角部と前記貫通孔もしくは切欠とにより構成される封止孔を形成するように前記リッドをパッケージに装着し、前記リッドの貫通孔もしくは切欠周辺部をレーザにより溶融させることにより前記封止孔を塞ぐことで、圧電振動子マウント空間を密閉封止して製造するように構成できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る圧電デバイス、圧電デバイス用パッケージ、および圧電デバイスの製造方法の具体的実施の形態を、図面を参照して、詳細に説明する。図１は本実施形態に係る圧電デバイスの断面構成図である。この圧電デバイス１０は、基本的には、圧電振動片１２のマウント空間１４を構成するパッケージ枠体１６の角部とその角部により一部を塞がれるパッケージベース１８に開けた貫通孔２０により封止孔２２を構成し、貫通孔２０の内壁のパッケージ材溶融物４０により前記封止孔２２を塞ぐことで、圧電振動片１２のマウント空間を密閉封止した構造となっている。パッケージ材は実施形態の場合はセラミック材である。
【００１８】
パッケージベース１８は単層構造とされ、この角部の１箇所を利用して予め貫通孔２０が穿設される。この貫通孔２０は直径がφ０．０５〜０．４ｍｍ程度の孔からなるが、図２に示しているように、実施形態では貫通孔２０の中心がパッケージ枠体１６の１箇所のコーナに一致するように設定して封止孔２２の開口面積が貫通孔２０の断面積の１／４の０．２５ｍｍ２以下となるようにしている。パッケージ材を直接溶かして封止する場合には貫通孔２０の最小直径をφ０．１ｍｍ程度にし、後述するように貫通孔２０の内壁に金属膜を付けてこれを溶融して封止する場合には貫通孔２０の最小直径をφ０．２ｍｍ程度にすればよい。また、枠体コーナと貫通孔中心を必ずしも一致させる必要がないが、封止孔２２の開口面積は両者の位置関係を調整することにより必要に応じて大きくも小さくもできる。封止孔２２はこの貫通孔２０とパッケージ枠体１６の角部とによって構成するので、貫通孔２０自体の孔面積サイズは任意である。これにより、パッケージベース１８に形成する貫通孔２０の断面積より小さい開口面積をもつ封止孔２２が、ベース１８と枠体１６の積層処理で形成できる。したがって孔加工限度よりも小さなサイズの封止孔２２を形成することができる。
【００１９】
このように貫通孔２０を有するベース１８に枠体１６を積層して開口面積が小さな封止孔２２を形成したパッケージ２４が形成されるが、このパッケージ２４の内部に圧電振動片１２がマウントされる。これはパッケージ枠体１６で囲まれたマウント空間１４の内部に位置して設けられたマウント電極２６に導電性接着剤２８を用いて圧電振動片１２を片持ち状態でマウントすることで実装されるものとなっている。この圧電振動片１２がマウントされたパッケージ２４は上部が開口されているため、これをガラスリッド３０で蓋をして、内部を密閉できるようにしている。窒素雰囲気中にパッケージ２４を置き、パッケージ枠体１６のランド部に塗布した低融点ガラス３２を炉で溶かして、パッケージ２４にガラスリッド３０を接合する。
【００２０】
リッド３０の接合後、真空槽の中で、封止孔２２の内壁にレーザ光３４を照射して、内部のパッケージ素材であるセラミックを溶かして封止孔２２を密閉封止する。セラミックの溶融温度は約１８００度であるため、照射部温度が当該温度になる出力をもったレーザ照射装置を用いる。これによって、開口面積が小さい封止孔２２に溶融セラミック４０が表面張力で遮蔽状態に張り付き、マウント空間１４内が真空状態となるように封止される。なお、前述のレーザ光３４は、電子ビームでもよい。この場合、リッド３０の接合後、真空層の中で、封止孔２２の内壁に電子ビームを照射して内部のパッケージ素材であるセラミックを溶かして封止孔２２を密閉封止する。電子ビームの照射には、照射部温度がセラミックの溶融温度になる出力をもった電子ビーム照射装置を用いる。
【００２１】
このような構造の圧電デバイス１０を構成しているパッケージ２４の底面には、前記圧電振動片１２のマウント電極２６に接続されている外部電極３６が形成されており、これを通じて各種電子機器に実装され、発振回路などを構成することになる。
【００２２】
上記圧電デバイス１０の製造工程は次のようになる。図３に製造工程の説明図示す。
図３（ａ）に示しているように、貫通孔２０を有するパッケージベース１８にパッケージ枠体１６を積層して開口面積が小さな封止孔２２を形成した２層構造のセラミックパッケージ２４が準備される。このパッケージ２４には予めマウント電極２６や外部電極３６が印刷されており、前記枠体１６の上面部分には低融点ガラス３２が塗布されている。圧電振動片マウント空間１４が封止孔２２により外部と連通状態になっているセラミックパッケージ２４に対し、まず、セラミックパッケージ２４に予め形成されているマウント電極（図１参照）に導電性接着剤２８により圧電振動片１２をマウントする。
【００２３】
次に、図３（ｂ）に示すように、セラミックパッケージ２４の開口に窒素雰囲気中でガラスリッド３０を封止する。実際はパッケージ２４を図示とは反転させた状態で行い、パッケージ枠体１６のランド部に塗布した低融点ガラス３２をベルト炉で荷重を掛けながら溶かし、パッケージ２４にガラスリッド３０を接合する。
【００２４】
このリッド３０の接合が完了した後、図３（ｃ）に示しているように、真空槽の中で、レーザ照射装置３８により貫通孔２０にレーザ光３４を照射して、内部のパッケージ素材であるセラミックを溶かした溶融物にて封止孔２２を封止する。セラミックの溶融温度は約１８００度であるため、照射部温度が当該温度になる出力をもったレーザ照射装置３８を用いる。これによって、開口面積が小さい封止孔２２に溶融セラミック４０が表面張力で遮蔽状態に張り付き、マウント空間１４内が真空状態となるように内外を仕切って封止される。なお、前述のレーザ照射装置３８は、電子ビーム照射装置でもよい。この場合、照射部温度が、セラミックの溶融温度になる出力をもった電子ビーム照射装置を用いる。
【００２５】
その後は、図３（ｄ）に示されるレーザ周波数調整を行う。上記封止孔２２を封止して内部を真空状態にしたパッケージ２４のガラスリッド３０越しにレーザ照射装置４２によって圧電振動片１２の先端部にレーザを照射して周波数調整を行う。これによって図３（ｅ）のような圧電デバイス１０が製品として完成する。
【００２６】
上記実施形態では、貫通孔２０をパッケージのベース１８の角部に穿孔し、圧電振動片１２のマウント空間１４を構成する枠体１６の角部で前記貫通孔２０の一部を遮蔽して積層することにより開口面積を小さくした封止孔２２を有するパッケージ２４を準備しておき、前記パッケージ２４に圧電振動片１２をマウントしてリッド３０を取り付けた後、前記封止孔２２周辺のパッケージ材をレーザ等により溶融して孔封止を行うようにしたので、封止用Ａｕ／Ｓｎボールを用いることなく封止することができる。Ａｕ／Ｓｎボールを用いないので、パッケージベース１８は１層構造とすることができ、枠体１６を加えてもパッケージ２４としては２層構造で真空封止できるパッケージを構成できる。このため、工程が非常に簡略になるとともにパッケージサイズを薄型にすることができ、低コストで小型サイズの圧電デバイス１０を得ることができる。
【００２７】
なお、上記実施形態では、封止孔２２の位置をパッケージ枠体１６の角部に配置することで封止孔２２の開口面積を小さくし、レーザ等により直接セラミック材を溶かして封止する構成を採用したが、封止を金属膜にレーザ等を照射して行うようにしてもよい。これは、図４〜５に示しているように、貫通孔２０を外部電極３６部分に形成し、電極膜を形成する際に同時に貫通孔２０の内周面に金属膜４４を形成し、これをレーザ光３４によって溶かし、開口面積を小さくしている封止孔２２を溶融金属４６で封止するようにすればよい。貫通孔２０の周縁部に設けた金属膜４４を利用して封止するので、ボールを利用することが不要となる。例えば、セラミックパッケージ２４に外部電極３６を形成する場合には、最初に電極部となる位置にタングステンおよび錫からなる金属層を印刷塗布する。これを焼成した後、印刷部分に金メッキを行う。これによりパッケージベース１８の底面に外部電極３６が形成される。これを貫通孔２０が形成された状態で行うことで、貫通孔２０の内周面に図４に示しているような金属膜４４が形成される。そこで、この金属膜４４にレーザ光３４を照射して金属の溶融温度である約１４００度程度まで昇温させることで溶け出し、小面積の封止孔２２を表面張力によって密閉封止するのである。
【００２８】
なお、金属膜４４は貫通孔２０の内周面に限らず、例えば貫通孔２０を塞いでいるパッケージ枠体１６の積層面に形成した金属膜を利用しても良い。これは例えば外部導出回路パターンを利用すれば良く、別途にベース１８と枠体１６の積層面に形成した金属層を利用するようにしてもよい。
【００２９】
このようにこの実施形態では、パッケージ２４に形成した貫通孔２０の周辺部に金属膜４４を設け、前記パッケージ２４に圧電振動片１２をマウントしてリッド３０を取り付けた後、前記金属膜４４を溶融して封止孔２２の密閉封止を行うようにしている。このため、封止用Ａｕ／Ｓｎボールを用いることなく封止することができ、パッケージベース１８を１層構造とした薄型パッケージを構成できる。このため、工程が非常に簡略になるとともにパッケージサイズを薄型にすることができ、低コストで小型サイズの圧電デバイス１０を得ることができる。
【００３０】
次に、図６に他の実施形態を示す。上記いずれの実施形態もパッケージベース１８の角部に貫通孔２０を形成し、パッケージ枠体１６の角部でその一部を塞いて封止孔２２を形成した例を示したが、この実施形態では金属リッド４８に貫通孔５０を形成し、その一部をパッケージ枠体１６の角部で塞ぐようにして封止孔５２を形成したものである。金属リッド４８をパッケージ２４に溶着した後、リッド貫通孔５０がパッケージ枠体１６の角部によって一部が遮蔽されるように孔位置を設定することにより、振動片マウント空間１４への開口面積が貫通孔５０の断面積より小さい封止孔５２が形成される。リッド４８の接合処理後、リッド貫通孔５０の周囲金属にレーザ光３４を照射し、周辺金属の溶融金属５４により封止孔５２を密閉封止することができる。
【００３１】
この金属リッド４８とパッケージ枠体１６との接合部分に封止部を形成する場合、金属リッド４８の縁辺に任意形状の切欠を形成しておき、この切欠の一部をパッケージ枠体１６で遮蔽することで同じように小面積の封止孔を形成することができる。もちろん、金属リッド４８に限らず、ガラスリッドに貫通孔や切欠を形成し、パッケージ枠体との間で封止孔を形成し、これを枠体材料の溶融材で塞ぐようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る圧電デバイスの断面図である。
【図２】同圧電デバイスの要部拡大平面図である。
【図３】実施形態に係る圧電デバイスの製造工程を示す図である
【図４】他の実施形態に係る圧電デバイスの部分断面図である。
【図５】同実施形態に係る圧電デバイスの底面図である。
【図６】リッド側に封止孔を設けた他の実施形態に係る圧電デバイスの部分断面図である。
【図７】従来の圧電デバイスの断面図である。
【符号の説明】
１０………圧電デバイス、１２………圧電振動片、１４………マウント空間、１６………パッケージ枠体、１８………パッケージベース、２０………貫通孔、２２………封止孔、２４………パッケージ、２６………マウント電極、２８………導電性接着剤、３０………ガラスリッド、３２………低融点ガラス、３４………レーザ光、３６………外部電極、３８………レーザ照射装置、４０………溶融セラミック、４２………調整用レーザ照射装置、４４………金属膜、４６………溶融金属、４８………金属リッド、５０………リッド貫通孔、５２………封止孔、５４………溶融金属。
【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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