(57)【要約】【課題】パッケージの外側面におけるクラックの発生を防止することが可能な圧電デバイスを提供する。【解決手段】一の内側面を含む平面（紙面）とパッケージベース３２の上面とリッド３４の側面との交点Ａから、一の内側面４２ａを含む平面とパッケージベース３２の外底面との交線における中心点Ｂへの仮想線ＡＢより外側に、一の内側面における中段部４４の上面の内側端点Ｃを配置した。なお、一の内側面における中段部４４の上面の内側端点Ｃを、仮想線ＡＢより外側であって仮想線ＡＢからの距離が０．１ｍｍを越える位置に配置するのが好ましい。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
升状に形成されたパッケージベースと、前記パッケージベースの中央部に形成され圧電振動片を封入するキャビティと、前記キャビティの上面にシーム溶接され前記キャビティを密閉封止するリッドと、前記キャビティにおける一の内側面から隣接する内側面に沿って張出し形成された中段部とを有する圧電デバイスであって、
前記一の内側面を含む平面と前記パッケージベースの上面と前記リッドの側面との交点（Ａ）から、前記一の内側面を含む平面と前記パッケージベースの外底面との交線における中心点（Ｂ）への仮想線（ＡＢ）より外側に、前記一の内側面における前記中段部の上面の内側端点（Ｃ）を配置したことを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
升状に形成されたパッケージベースと、前記パッケージベースの中央部に形成され圧電振動片を封入するキャビティと、前記キャビティの上面にシーム溶接され前記キャビティを密閉封止するリッドと、前記キャビティにおける一の内側面から隣接する内側面に沿って張出し形成された中段部とを有する圧電デバイスであって、
前記一の内側面と前記中段部との接合部に、前記中段部の内側端部から外側に伸びる切り欠きを形成することにより、
前記一の内側面を含む平面と前記パッケージベースの上面と前記リッドの側面との交点（Ａ）から、前記一の内側面を含む平面と前記パッケージベースの外底面との交線における中心点（Ｂ）への仮想線（ＡＢ）より外側に、前記一の内側面における前記中段部の上面の内側端点（Ｃ）を配置したことを特徴とする圧電デバイス。
【請求項３】
請求項１または２に記載の圧電デバイスにおいて、
前記一の内側面における前記中段部の上面の内側端点（Ｃ）を、前記仮想線（ＡＢ）より外側であって前記仮想線（ＡＢ）からの距離が０．１ｍｍを越える位置に配置したことを特徴とする圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動子や圧電発振器、ＳＡＷ共振子、ＳＡＷフィルタなどの圧電デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気回路において一定の周波数信号を得るため、圧電振動子や圧電発振器、ＳＡＷ共振子、ＳＡＷフィルタなどの圧電デバイスが広く利用されている。圧電デバイスは、圧電振動片をパッケージの内部に実装するとともに、圧電振動片の励振電極に対して通電可能な外部端子をパッケージの外部に形成したものである。
【０００３】
図６に、ＳＡＷ共振子の説明図を示す。なお図６は、図２のＥ−Ｅ線に相当する部分における側面断面図である。ＳＡＷ共振子５０１は、パッケージ５３０の内底面にＳＡＷチップ５２０を実装したものである。このパッケージ５３０にはキャビティ５３８が形成され、キャビティ５３８の対向する内側面に沿って中段部５４４が形成されている。そして、ＳＡＷチップ５２０の上面に形成されたＩＤＴ電極５２４と、中段部５４４の上面に形成された電極パッド５４５とが、ワイヤボンディングにより電気的に接続されている。なお、中段部５４４の上面に形成された電極パッド５４５は、パッケージ５３０の外底面に形成された外部端子５４８と導通している。これにより、パッケージ５３０の外部端子５４８からＳＡＷチップ５２０のＩＤＴ電極５２４に対して通電可能となっている。
【０００４】
パッケージ５３０の内部は、パッケージベース５３２にリッド（蓋部材）５３４を固着することにより、窒素雰囲気等に封止されている。リッド５３４は、コバール等の金属材料平板に電解ニッケルメッキ等を施したものである。リッド５３４は、シーム溶接等によってパッケージベース５３２に固着する。シーム溶接は、ローラ電極５５０をリッド５３４の周縁部に当接させ、高電流を印加することによって行う。これにより、リッド５３４の温度が上昇し、リッド５３４の表面の電解ニッケルメッキ等が溶融して、リッド５３４とパッケージベース５３２とが固着される。なお、ローラ電極５５０を回転させつつ、リッド５３４の周縁部に沿って移動させることにより、リッド５３４の全周をパッケージベース５３２に固着する。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３９７３号公報
【０００６】
【特許文献２】特開２０００−１３８３１１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したシーム溶接では、電解ニッケルメッキの融点である１４５０℃程度にまでリッド５３４の温度を上昇させる必要がある。なお、リッド５３４の温度が上昇しても、パッケージベース５３２の温度はそれほど上昇しない。その結果、リッド５３４の温度が低下して熱収縮すると、図７（１）に示すように、パッケージ５３０の全体に反りが発生することになる。なお、図７（１）にはパッケージ５３０に発生する反りを誇張して描いている。
【０００８】
これに伴って、図７（２）に示すパッケージ５３０の外側面に応力が発生する。特に、中段部５４４の上面の内側端点Ｃ（図６（２）参照）をパッケージの外側面に投影した点Ｃ′に応力集中が発生する。これは、中段部５４４が存在する部分と中段部５４４が存在しない部分との間でパッケージ５３０の曲げ剛性が異なり、両者の境界においてパッケージ５３０の反りが不連続になるためであると考えられる。そしてパッケージ５３０の外側面において、Ｃ′点を起点とするクラック５５５が発生する。このクラック５５５が成長してパッケージ５３０の側壁を貫通すると、パッケージ５３０の気密封止が破られる。その結果、ＳＡＷチップの表面にガス等の不純物が付着して、ＳＡＷチップの電極間の短絡やＳＡＷ共振子の共振周波数のシフトなどといった問題が発生する。
そこで本発明は、パッケージの外側面におけるクラックの発生を防止することが可能な圧電デバイスの提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る圧電デバイスは、升状に形成されたパッケージベースと、前記パッケージベースの中央部に形成され圧電振動片を封入するキャビティと、前記キャビティの上面にシーム溶接され前記キャビティを密閉封止するリッドと、前記キャビティにおける一の内側面から隣接する内側面に沿って張出し形成された中段部とを有する圧電デバイスであって、前記一の内側面を含む平面と前記パッケージベースの上面と前記リッドの側面との交点（Ａ）から、前記一の内側面を含む平面と前記パッケージベースの外底面との交線における中心点（Ｂ）への仮想線（ＡＢ）より外側に、前記一の内側面における前記中段部の上面の内側端点（Ｃ）を配置した構成とした。
【００１０】
ここで、前記一の内側面におけるＡ点、Ｂ点およびＣ点を、前記一の内側面と表裏の関係にある外側面に投影した点を、それぞれＡ′点、Ｂ′点およびＣ′点とする。本発明では、仮想線ＡＢより外側にＣ点を配置したので、シーム溶接後に応力集中が発生するＣ′点が、仮想線Ａ′Ｂ′より外側に配置される。これにより、仮想線Ａ′Ｂ′上における応力分布が線形に近くなり、パッケージの反りが連続的になる。したがって、パッケージの外側面におけるクラックの発生を防止することができる。
【００１１】
また、本発明に係る他の圧電デバイスは、升状に形成されたパッケージベースと、前記パッケージベースの中央部に形成され圧電振動片を封入するキャビティと、前記キャビティの上面にシーム溶接され前記キャビティを密閉封止するリッドと、前記キャビティにおける一の内側面から隣接する内側面に沿って張出し形成された中段部とを有する圧電デバイスであって、前記一の内側面と前記中段部との接合部に、前記中段部の内側端部から外側に伸びる切り欠きを形成することにより、前記一の内側面を含む平面と前記パッケージベースの上面と前記リッドの側面との交点（Ａ）から、前記一の内側面を含む平面と前記パッケージベースの外底面との交線における中心点（Ｂ）への仮想線（ＡＢ）より外側に、前記一の内側面における前記中段部の上面の内側端点（Ｃ）を配置した構成とした。
【００１２】
圧電デバイスの内部レイアウトを設計する際に、仮想線ＡＢより内側にＣ点を配置せざるを得ない場合がある。この場合でも、本発明に係る圧電デバイスのように切り欠きを設けて、仮想線ＡＢより外側にＣ点を移動させれば、パッケージの外側面におけるクラックの発生を防止することができる。これにより、圧電デバイスの設計自由度を拡大することができる。
【００１３】
また、前記一の内側面における前記中段部の上面の内側端点（Ｃ）を、前記仮想線（ＡＢ）より外側であって前記仮想線（ＡＢ）からの距離が０．１ｍｍを越える位置に配置してもよい。これにより、パッケージの外側面におけるクラックの発生を確実に防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る圧電デバイスの好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。なお以下に記載するのは本発明の実施形態の一態様にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１５】
最初に、第１実施形態について説明する。
図２に、第１実施形態に係る圧電デバイスの説明図を示す。なお、図２（１）は図２（２）のＦ−Ｆ線における平面断面図であり、図２（２）は図２（１）のＥ−Ｅ線における側面断面図である。第１実施形態に係る圧電デバイス１は、一の内側面４２ａを含む平面とパッケージベース３２の上面とリッド３４の側面との交点Ａから、一の内側面４２ａを含む平面とパッケージベース３２の外底面との交線における中心点Ｂへの仮想線ＡＢより外側に、一の内側面４２ａにおける中段部４４の上面の内側端点Ｃを配置したものである。
【００１６】
ＳＡＷチップ２０は、水晶等の圧電材料からなる圧電基板のＳＡＷ伝搬面２２に、アルミ等の金属材料によりＩＤＴ電極２４を形成したものである。ＩＤＴ電極２４は、櫛歯状の正極側電極および負極側電極からなり、両電極の電極指を交互に組み合わせて平行に配置されている。なおＳＡＷチップ２０では、ＩＤＴ電極２４の電極指のピッチと同一波長の弾性表面波が励振される。また、ＩＤＴ電極２４の側部には、ＩＤＴ電極２４と導通する電極パッド２５が形成されている。さらに、ＩＤＴ電極２４の両端部には、弾性表面波の反射器２６が形成されている。
【００１７】
パッケージ３０は、升状のパッケージベース３２および平板状のリッド３４で構成される。パッケージベース３２は、セラミック材料等からなるシート３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，およびコバール材料等からなるシームリング３３を積層して形成する。また、パッケージベース３２の中央部には、ＳＡＷチップ２０を実装するキャビティ３８を形成する。さらに、パッケージベース３２の外底面には外部端子４８を形成する。パッケージベース３２を製造するには、まずキャビティ３８の外形に対応する矩形ブランクをシート３２ｂ，３２ｃに形成し、シート３２ａ，３２ｂ，３２ｃに所定の配線パターンを形成した後に、各シート３２ａ，３２ｂ，３２ｃを積層・焼成する。さらに、シート３２ｃの上面にＡｇ／Ｃｕなどの金属ロウ材を塗布し、その上面にシームリング３３を固着して、パッケージベース３２を形成する。
【００１８】
また、キャビティ３８における一の内側面４２ａから隣接する内側面４２ｂ，４２ｄに沿って中段部４４を設ける。すなわち、一の内側面４２ａに隣接する内側面４２ｂ，４２ｄを階段状に形成して中段部４４を設ける。中段部４４は、一の内側面４２ａから対向する内側面４２ｃまで連続的に形成してもよいし、断続的に形成してもよい。また中段部４４は、隣接する内側面４２ｂおよび隣接する内側面４２ｄに沿ってそれぞれ形成してもよいし、いずれか一方のみに沿って形成してもよい。中段部４４を形成するには、パッケージベース３２を形成する際に、シート３２ｂに形成する矩形ブランクのうち一の内側面４２ａに対応する一辺を、シート３２ｃに形成する矩形ブランクより短くすればよい。そして、この中段部４４の上面に電極パッド４５を形成し、スルーホール等を介して、パッケージベース３２の外底面に形成した外部端子４８との導通を確保する。
【００１９】
なお、一の内側面４２ａを含む平面とパッケージベース３２の上面とリッド３４の側面との交点をＡとし、一の内側面４２ａを含む平面とパッケージベース３２の外底面との交線における中心点をＢとする。また、一の内側面４２ａにおける中段部４４の上面の内側端点をＣとする。後述するように、Ａ点からＢ点への仮想線ＡＢより外側に、Ｃ点を配置するのが好ましい。そこで、かかる配置を実現するように中段部４４を形成する。
【００２０】
そして、パッケージベース３２にＳＡＷチップ２０を実装する。ＳＡＷチップ２０は、キャビティ３８の内底面に接着剤等を介して固着する。また、ＳＡＷチップ２０の電極パッド２５と、中段部４４上面の電極パッド４５との間を、ワイヤボンディングにより電気的に接続する。これにより、パッケージベース３２の外底面に形成した外部端子４８から、ＳＡＷチップ２０のＩＤＴ電極２４に対して通電可能となる。
【００２１】
また、パッケージベース３２の上面にリッド３４を固着し、キャビティ３８の内部を窒素雰囲気等に気密封止する。リッド３４はコバール材料等によって平板状に形成し、表面に電解ニッケルメッキ等を施す。このリッド３４を、シーム溶接によりパッケージベース３２の上面に固着する。具体的には、図１に示すように、ローラ電極５０におけるテーパ状に形成された側面をリッド３４の周縁部に当接させ、ローラ電極５０からリッド３４に高電流を印加する。すると、リッド３４とシームリング３３との間など電気抵抗の高い部分が発熱し、リッド３４の温度が上昇する。なお、電解ニッケルメッキの融点である１４５０℃程度にまでリッド３４の温度が上昇するように、ローラ電極５０の電流を調整する。この温度上昇によりリッド３４の表面の電界ニッケルメッキが溶融し、これが封止材料となってリッド３４とシームリング３３との間が気密封止される。なお、ローラ電極５０を回転させつつ、リッド３４の周縁部に沿って移動させることにより、リッド３４の全周をシームリング３３に固着する。
【００２２】
ところでシーム溶接時には、シームリング３３とリッド３４との間が最高温度になり、パッケージベース３２の外底面の中央部が最低温度となる。なお、両者の間では温度が線形に分布すると考えられる。そのため、シーム溶接後にリッド３４の温度が低下して熱収縮すると、図７（１）に示すように、パッケージ３０の全体に反りが発生することになる。なお図７（１）には、パッケージ３０に発生する反りを誇張して描いている。
【００２３】
これに伴って、パッケージ３０の各部に応力が発生する。ここで、図２に示す一の内側面４２ａにおけるパッケージ３０の形状と、この一の内側面４２ａとは表裏の関係にある外側面４３ａにおける応力分布との関係に着目する。図１は一の内側面４２ａにおける側面断面図であり、図３は外側面４３ａにおける応力分布図である。まず、シーム溶接時に最高温度となるパッケージベース３２の上面とリッド３４の側面との交点をＡ点とし（図１参照）、このＡ点を外側面４３ａに投影した点をＡ′点とする（図３参照）。また、シーム溶接時に最低温度となるパッケージベース３２の外底面の中央点をＢ点とし（図１参照）、このＢ点を外側面４３ａに投影した点をＢ′点とする（図３参照）。そして、Ａ′点からＢ′点への仮想線上では、シーム溶接時の温度分布と同様に、応力も線形に分布すると考えられる。応力が線形に分布すれば、パッケージ３０の反りも連続的になり、クラックは発生しないものと考えられる。
【００２４】
ところが、中段部４４の存在によって、線形の応力分布に乱れが生じる。中段部４４の上面の内側端点をＣ点とし（図１参照）、このＣ点を外側面４３ａに投影した点をＣ′点とする（図３参照）。図３では、Ｃ点において応力集中が発生している。これは、中段部４４が存在する部分と中段部４４が存在しない部分との間でパッケージ３０の曲げ剛性が異なり、両者の境界においてパッケージ３０の反りが不連続になるためであると考えられる。そして、パッケージ３０の外側面４３ａにクラックが発生する場合には、このＣ′点が起点となる。
【００２５】
ここで、図１に示すように、中段部の上面の内側端点Ｃが仮想線ＡＢより外側に配置されていれば、図３の仮想線Ａ′Ｂ′上における応力分布が線形に近くなり、パッケージの反りが連続的になって、クラックの発生を防止し得ると考えられる。
【００２６】
発明者は、Ｃ点の位置とＣ′点における応力との関係について、さらに詳細に調査した。図４（２）は、Ｃ点の位置とＣ′点における応力比との関係を示すグラフである。なお、図４（２）の横軸には、図４（１）に示す距離ｘをとっている。すなわち、内側面の水平方向における中心線から、中段部の上面の内側端点Ｃまでの距離である。また図４の縦軸は、Ｃ点が仮想線ＡＢ上に位置する場合を基準としたＣ′点における応力の比率をとっている。表１に、距離ｘと応力比との関係を数値で示す。なお、ｘ＝０．９５の場合には、Ｃ点が仮想線ＡＢ上に位置する。
【表１】
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【００２７】
発明者の行った実験によれば、応力比が０．９０を下回った場合にクラックが発生しないことが確認されている。すなわち、距離ｘが１．１２を越えた場合にクラックが発生しないことになる。なお、図４（１）に示すように、ｘ＝１．１２となるＣ点から仮想線ＡＢまでの距離ｙは０．１ｍｍである。したがって、仮想線ＡＢより外側であって、仮想線ＡＢからの距離が０．１ｍｍを越える位置にＣ点を配置した場合に、パッケージ３０の外側面にはクラックが発生しないことになる。
【００２８】
以上に詳述したように、第１実施形態に係る圧電デバイスでは、一の内側面における中段部の上面の内側端点Ｃが、仮想線ＡＢより外側に配置されるように、パッケージベースを形成する。図６に示す従来の圧電デバイスでは、Ｃ点が仮想線ＡＢより内側に位置しているので、シーム溶接後のＣ′点に応力集中が発生して、パッケージの外側面にクラックが発生していた。しかし第１実施形態では、仮想線Ａ′Ｂ′上における応力分布が線形に近くなり、パッケージの反りが連続的になって、パッケージの外側面におけるクラックの発生を防止することができる。
【００２９】
なお好ましくは、仮想線ＡＢより外側であって仮想線ＡＢからの距離が０．１ｍｍを越える位置にＣ点を配置する。さらに好ましくは、仮想線ＡＢより外側であって仮想線ＡＢからの距離が０．１５ｍｍを越える位置にＣ点を配置する。これにより、パッケージの外側面におけるクラックの発生を確実に防止することができる。
【００３０】
次に、第２実施形態について説明する。
図５に、第２実施形態に係る圧電デバイスの説明図を示す。なお、図５（１）は図５（２）のＨ−Ｈ線における平面断面図であり、図５（２）は図５（１）のＧ−Ｇ線における側面断面図である。第２実施形態に係る圧電デバイス１０１は、パッケージにおける一の内側面１４２ａと中段部１４４との接合部に、中段部１４４の内側端部から外側に伸びる切り欠き１４６を形成することにより、内側面１４２ａを含む平面とパッケージベース１３２の上面とリッド１３４の側面との交点Ａから、内側面１４２ａを含む平面とパッケージベース１３２の外底面との交線における中心点Ｂへの仮想線ＡＢより外側に、内側面１４２ａにおける中段部１４４の上面の内側端点Ｃを配置したものである。なお、第１実施形態と同様の構成となる部分については、その説明を省略する。
【００３１】
第２実施形態では、パッケージ１３０における一の内側面１４２ａと中段部１４４との接合部に、中段部１４４の内側端部から外側に伸びる切り欠き１４６を形成する。切り欠きを形成するには、シート１３２ｂに形成する矩形ブランクの四隅を外側に拡張してブランクすればよい。この切り欠き１４６を設けることにより、一の内側面１４２ａにおける中段部１４４の上面の内側端点Ｃが外側に移動する。そして、このＣ点が仮想線ＡＢより外側に配置されるように、パッケージベース１３２を形成する。好ましくは、仮想線ＡＢからの距離が０．１ｍｍを越える位置にＣ点を配置する。さらに好ましくは、仮想線ＡＢからの距離が０．１５ｍｍを越える位置にＣ点を配置する。
【００３２】
そして、このパッケージベース１３２の上面に、リッド１３４をシーム溶接する。上述したように、切り欠き１４６を設けることにより、一の内側面１４２ａにおける中段部１４４の上面の内側端点Ｃを仮想線ＡＢより外側に配置したので、シーム溶接後における外側面の仮想線Ａ′Ｂ′上の応力分布が線形に近くなり、パッケージの反りが連続的になる。したがって、パッケージの外側面におけるクラックの発生を防止することができる。
【００３３】
なお、圧電デバイスの内部レイアウトを設計する際に、中段部の上面の内側端点Ｃを、仮想線ＡＢより内側に配置せざるを得ない場合がある。この場合でも、第２実施形態に係る圧電デバイスのように切り欠きを設ければ、一の内側面における中段部の上面の内側端点Ｃが外側に移動するので、パッケージの外側面におけるクラックの発生を防止することができる。したがって、圧電デバイスの設計自由度を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る圧電デバイスの側面断面図である。
【図２】（１）は第１実施形態に係る圧電デバイスの平面断面図、（２）はその側面断面図である。
【図３】第１実施形態に係る圧電デバイスの外側面図である。
【図４】（１）は第１実施形態に係る圧電デバイスの側面断面図、（２）はＣ点の位置と応力比との関係を表すグラフである。
【図５】（１）は第２実施形態に係る圧電デバイスの平面断面図、（２）はその側面断面図である。
【図６】従来技術に係る圧電デバイスの説明図である。
【図７】（１）はシーム溶接後の圧電デバイスに発生する反りの説明図、（２）はシーム溶接後の圧電デバイスに発生するクラックの説明図である。
【符号の説明】
３０………パッケージ、３２………パッケージベース、３３………シームリング、３４………リッド、４４………中段部、５０………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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【図５】
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【図６】
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【図７】
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