(57)【要約】【課題】圧電デバイス用パッケージを薄型化した場合であっても、十分な曲げ耐力を保持することができる圧電振動子のパッケージ構造を提供する。【解決手段】音叉型振動片１８をパッケージ２の内部に実装し、かつ気密に封止するための封止孔を有する圧電振動子１のパッケージ２において、ベース１０の底部１２に設けられる封止孔を、予め求めておいた各パッケージ部材及び各部材の接合部の曲げ応力緩和度合いに従って、長軸・短軸を決定する楕円形封止孔２０とする。前記楕円形封止孔２０は、長軸を底部１２の長辺に沿うように設定される。また、前記底部１２の上面には、枠状の側壁部１４の層を備えるようにし、ベース１０の構造を２層構造とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のパッケージ部材を接合して形成されるパッケージの底部封止孔の形状を設定する方法であって、前記パッケージに曲げ応力が作用したときの、各パッケージ部材または各部材の接合部に生ずる応力を基準応力とし、この基準応力に対して設定された応力緩和度が得られるように、円形封止孔と同面積を有する異形封止孔の長軸と短軸とを求めることを特徴とするパッケージの封止孔形状設定方法。
【請求項２】
前記異形封止孔は、長軸が前記パッケージの長辺に沿った楕円であることを特徴とする請求項１に記載のパッケージの封止孔形状設定方法。
【請求項３】
前記パッケージの長辺をＬ、短辺をＷ、楕円の長軸をａ、短軸をｂとしたときに、前記楕円の長軸・短軸は、
【数１】
2004274657.tif 000012
の関係を成すことを特徴とする請求項２に記載のパッケージの封止孔形状設定方法。
【請求項４】
底部に封止孔を有する圧電デバイス用パッケージであって、前記封止孔は、円形封止孔と同面積を有する長軸がａ、短軸がｂの異形封止孔とされ、パッケージの長辺をＬ、短辺をＷとしたときに、前記異形封止孔は、
【数２】
2004274657.tif 000013
を満たすことを特徴とする圧電デバイス用パッケージ。
【請求項５】
前記異形封止孔は、長軸ａが前記パッケージの長辺Ｌに沿った楕円であることを特徴とする請求項４に記載の圧電デバイス用パッケージ。
【請求項６】
底部に封止孔を有する圧電デバイス用パッケージであって、前記封止孔は、長軸が前記パッケージの長辺に沿った、円形封止孔と同面積を有する楕円であることを特徴とする圧電デバイス用パッケージ。
【請求項７】
請求項４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を有する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、電子機器に使用される表面実装型の圧電デバイスのパッケージの封止孔設定方法並びに圧電デバイス用パッケージ及び圧電デバイスに係り、特に耐曲げ応力を考慮したパッケージの封止孔設定方法並びに圧電デバイス用パッケージ及び圧電デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より携帯電話、ＰＨＳ等の情報通信機器やコンピュータ等のＯＡ機器、時計等を含む電子機器には、電子回路のクロック源として圧電振動子が広く採用されている。近年は特に、携帯用機器等の小型化・薄型化に伴い、圧電振動子のさらなる小型化・薄型化が図られている。
【０００３】
上記のような小型の圧電振動子のパッケージ基本的構成は、封止孔を有する底部とその上に層をなすシートとそれらの外縁に備えられる枠型の層の３層からなるセラミックのベースと、その内部に備えられる圧電振動片を内装した後、前記ベースに蓋をするリッドとからなる。そのような構成を持つ圧電振動子のパッケージの構造を持つものとして特許文献１を挙げることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−８３８２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような圧電振動子のパッケージは、小型化・薄型化されているが、カードのような超薄型のものへの実装を考慮すると、リッドを含め１ｍｍ程度の厚みがあるため、さらなる薄型化が必要である。このような実情を鑑み、パッケージを構成するセラミック部材を薄型化したパッケージや、実装面積を小さくしたパッケージを構成する場合、パッケージの底部に円形封止孔部が設けられているため、パッケージ自体の曲げ耐力が低下してしまうという問題が出てくる。曲げ耐力が低下した場合、最も問題となるのは、リッドに発生するクラックや封止材の剥れが発生し易くなり、パッケージ内部の真空状態を保てなくなるということである。
【０００６】
上記問題点を鑑み本発明では、圧電デバイス用パッケージを薄型化した場合であっても、十分な曲げ耐力を保持することができるパッケージの封止孔設定方法並びに圧電デバイス用パッケージ及び圧電デバイスを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るパッケージの封止孔設定方法は、複数のパッケージ部材を接合して形成されるパッケージの底部封止孔の形状を設定する方法であって、前記パッケージに曲げ応力が作用したときの、各パッケージ部材または各部材の接合部に生ずる応力を基準応力とし、この基準応力に対して設定された応力緩和度が得られるように、円形封止孔と同面積を有する異形封止孔の長軸と短軸とを求めることを特徴とする。
【０００８】
上記のようにして異形封止孔の長軸と短軸を求めるようにすることにより、各パッケージ部材または各部材の接合部に生ずる応力を緩和することができる。
また、前記異形封止孔は、長軸が前記パッケージの長辺に沿った楕円であるようにすると良い。異形封止孔を長軸が前記パッケージの長辺に沿った楕円とすることにより、封止孔の周縁部、特に短軸方向の周縁部に集中する応力を緩和することができる。
【０００９】
さらに、前記パッケージの長辺をＬ、短辺をＷ、楕円の長軸をａ、短軸をｂとしたときに、前記楕円の長軸・短軸は、
【数３】
2004274657.tif 000003
の関係を成すようにすると良い。これにより、各パッケージ部材または各部材に生じる応力を円形封止孔に比べ、５〜１２％緩和することができる。
【００１０】
さらに、本発明に係る圧電デバイス用パッケージは、底部に封止孔を有する圧電デバイス用パッケージであって、前記封止孔は、円形封止孔と同面積を有する長軸がａ、短軸がｂの異形封止孔とされ、パッケージの長辺をＬ、短辺をＷとしたときに、前記異形封止孔は、
【数４】
2004274657.tif 000004
を満たすことを特徴とする。
【００１１】
上記構成により、円形封止孔を有する場合に比べパッケージ底部の曲げ耐力が向上し、パッケージ各部に生じる応力を緩和することができる。
また、前記異形封止孔は、長軸ａが前記パッケージの長辺Ｌに沿った楕円であるように設定すると良い。異形封止孔を長軸が前記パッケージの長辺に沿った楕円とすることにより、底部の短辺で封止孔のある部分の板部分が増えるため、断面２次モーメントが向上する。また、その形状から封止孔の周縁部、特に短軸方向の周縁部に集中する応力を緩和することができ、パッケージ底部の曲げ耐力を向上させることができる。
【００１２】
さらに、底部に封止孔を有する圧電デバイス用パッケージであって、前記封止孔は、長軸が前記パッケージの長辺に沿った、円形封止孔と同面積を有する楕円とすることができる。楕円形状により、封止孔の周縁部、特に短軸方向の周縁部に集中する応力を緩和することができ、パッケージ底部の曲げ耐力を向上させることができる。また、円形封止孔と同面積を保持するようにしたことにより、規定の封止用合金ボールを溶着する際に前記封止孔から合金がはみ出すことがない。
【００１３】
さらにまた、本発明に係る圧電デバイスは請求項４乃至請求項６のいずれかに記載のパッケージを有することを特徴とする。これにより、薄型で曲げ耐力を保持した圧電デバイスを作成することができる。
【００１４】
【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を図面を参照し、詳細に説明する。
図１は、本発明に係る圧電デバイス及び圧電デバイス用パッケージの構成を示す実施形態で圧電デバイスである圧電振動子１は、圧電振動片をパッケージ２に収納した構造である。
【００１５】
本実施形態のパッケージ２の基本構成は、圧電振動片を実装する器となるベース１０と、前記ベース１０の蓋となるリッド１６とから構成される。前記ベース１０は、２層構造となっており、セラミックス等の絶縁材料からなる矩形薄板状の底部１２と、前記底部１２の外縁上に積層される矩形枠状の側壁部１４とから形成される。前記リッド１６は、透明なガラス薄板やセラミックス薄板等で矩形に形成される。リッド１６は、ベース１０の側壁部１４上端へ、封止ガラスやはんだ等の封止材２２で接合される。このとき、ベース１０の底部には、導電性接着剤２４を介して圧電振動片である音叉型振動片１８が内装される。さらに、上記部材の中で、底部１２には、パッケージ２内を真空化するための異形封止孔である楕円形封止孔２０が設けられている。
【００１６】
上記構成の圧電振動子１のパッケージ２における底部１２の楕円形封止孔２０は、以下のようにその形状を決定される。
底部１２に設けられる封止孔は、孔の面積が小さければ小さいほど底部１２の曲げに対する耐力を向上させることができる。しかし、前記楕円形封止孔２０は、封止のためにＡｕ−Ｇｅからなる規定サイズの合金ボールを使用する。このため、その封止孔は、前記合金ボールが溶融した際、はみ出さない程度の十分な容積を必要とする。例えば、封止孔形状が円形の場合、合金ボールの直径が０．３ｍｍのとき、底部１２の板厚が０．１５ｍｍであるとすると、円形封止孔の直径は０．４ｍｍ程度必要となる。
【００１７】
底部１２の板厚は、パッケージ２を薄型化するために厚くすることはできない。このため、円形封止孔の面積を保ったまま底部１２の曲げ耐力を向上させるためには、封止孔形状を底部１２の長軸方向に沿った楕円とすることが望ましい。
【００１８】
例えば図２に示すように、底部１２の長辺をＬ、短辺をＷとし、楕円形封止孔２０の長軸をａ、短軸をｂとして決定すると、その設定割合により各部にかかる曲げ応力が緩和される。その様子を図４に示す。図４（Ａ）は、圧電振動子１を長手方向中央部で曲げたときの、底部１２と側壁部１４との接合部に生ずる応力を緩和する場合の割合を示す。また、図４（Ｂ）は、同じくリッド１６の接合部に生ずる応力を緩和する場合の割合を示す。さらに、図４（Ｃ）は、同じく、リッド１６を固定する封止材２２にかかる応力を緩和する場合の割合を示す。
【００１９】
ここで、図４中の楕円形封止孔２０の長短軸比と底部長短辺比の割合ｋは、以下の式で求めることができる。
【数５】
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ここで数式５をｋについて変換すると、
【数６】
2004274657.tif 000006
となる。
【００２０】
図４の場合、仮に底部１２の割合が長辺：短辺＝３．２：１．５（Ｌ／Ｗ＝２．１３）であって、封止孔が長軸：短軸＝１：１（ａ／ｂ＝１）だった場合、封止孔は図２に示す円形封止孔２１となる。このときｋは０．４７となる。このときに各部に加えられる曲げ応力の割合を略１とすると、ａとｂの割合が数式７の条件を充たす範囲内にある場合が、最も各パッケージ部材の接合部および各部材にかかる曲げ応力を緩和することができる。例えば、底部１２と側壁部１４の接合部では、約１０〜１２％緩和することができる。また、リッド１６にかかる曲げ応力は、約１０〜１３％緩和することができる。さらに、封止材２２にかかる曲げ応力も５〜７％程度緩和することができる。
【数７】
2004274657.tif 000007
【００２１】
上記のような、パッケージ２の各部へかかる応力の緩和は、底部１２に設けられる封止孔の形状を円形封止孔２１から楕円形封止孔２０へと変形させたことによる断面２次モーメントの変化により曲げ剛性が向上したことに一因がある。
【００２２】
図３は、斜線のハッチング部分が楕円形封止孔２０の場合、網線のハッチング部分が円形封止孔２１の場合を示す図２のＡ−Ａ断面である。このとき、それぞれの断面２次モーメントは、
【数８】
2004274657.tif 000008
【数９】
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で示すことができ、Ｉ１は楕円形封止孔２０の断面２次モーメントを示し、Ｉ２は円形封止孔２１の断面２次モーメントを示す。よって、各々の断面２次モーメントには、
【数１０】
2004274657.tif 000010
の差が生じる。ここでｃ、ｄはｃ＜ｄの関係にあるので数式１０の分だけ底部１２の封止孔開口部の断面２次モーメントが増加したことになる。これによりパッケージ２の各部に図４に示すような応力の緩和効果がもたらされる。
【００２３】
上記のような圧電デバイス用パッケージ２において、前記パッケージ２に曲げ応力が作用したときの、各パッケージ部材または各部材の接合部に生ずる応力を基準応力とし、この基準応力に対して設定された応力緩和度が得られるように、円形封止孔２１と同面積を有する異形封止孔の長軸と短軸とを求めるようにしたことにより、各パッケージ部材または各部材の接合部に生ずる応力を設定された値に応じて緩和することができる。
【００２４】
また、底部１２に設けられる異形封止孔を、長軸が前記パッケージ２の長辺に沿った楕円形封止孔２０としたことにより、底部１２の短辺で封止孔開口部の板部分が増えるため、断面２次モーメントおよび底部の曲げ耐力が向上し、パッケージ２を構成する他の部材にかかる曲げ応力を緩和することができる。このため、前記パッケージ２を構成する他の部材を薄型化した場合であっても各パッケージ部材または各部材の接合部にクラック等の損傷をきたすことを緩和できる。また、その形状からも、封止孔の周縁部、特に短軸方向の周縁部に集中する応力を緩和することができ、底部１２の曲げ耐力を向上させることができる。また、底部１２の曲げ耐力が向上するため、従来は３層構造であったベース１０を２層構造とした場合であってもパッケージ２の曲げ耐力が保持され、他の部材を薄型化しなくとも、パッケージ２を薄型化することができる。
【００２５】
さらに、前記パッケージ２の長辺をＬ、短辺をＷ、楕円の長軸をａ、短軸をｂとしたときに、前記楕円の長軸・短軸を、
【数１１】
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の関係を成すように設定することにより、各パッケージ部材の接合部および各部材にかかる曲げ応力を最も緩和することができる楕円形封止孔２０の形状となる。例えば、底部１２と側壁部１４の接合部では、約１０〜１２％緩和することができる。また、リッド１６にかかる曲げ応力は、約１０〜１３％緩和することができる。さらに、封止材２２にかかる曲げ応力も５〜７％程度緩和することができる。
さらにまた、上記のようなパッケージ２を有する圧電デバイスでは、薄型で曲げ耐力を保持した圧電デバイスを実現することができる。
【００２６】
上記の実施形態では、異形封止孔は楕円としていたが、長円（トラック形状）としても、円形封止孔に比べ曲げに対する強度を向上させることができる。また、実施形態では音叉型振動片１８を実装するようにしたが、他にＡＴカット振動片等を実装するようにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧電振動子のパッケージの基本構造を示す側断面図である。
【図２】本発明の１実施形態のベース底部の形状を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図４】本実施形態の封止孔形状を採用した場合のパッケージ各部にかかる応力の緩和度合いを示すグラフである。
【符号の説明】
１０………ベース、１２………底部、１４………側壁部、１６………リッド、１８………音叉型振動片、２０………楕円形封止孔、２１………円形封止孔、２２………封止材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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