(57)【要約】【課題】製造コストを増大させることなく、セラミックパッケージの封止材のはみ出しによる特性の悪影響をなくし、かつセラミックパッケージの封止強度の低下と気密性の低下を抑制する。【解決手段】基体１と、圧電振動素子３と、蓋２とを具備してなり、封止材Ｇを介して気密封止してなる圧電振動デバイスの製造方法であって、前記蓋、または前記基体の少なくとも一方には、堤部と凹部が形成されており、当該堤部の端面全体に、第１の封止材を塗布し、当該第１の封止材の上部に、第２の封止材を塗布してなるとともに、当該第２の封止材は、前記堤部の端面の角部にてお互いに隔離した状態で塗布し、前記基体に圧電振動板が導電性接合材を介して搭載するとともに、前記基体の開口部に前記蓋の開口部を重ね合わせ、前記第１の封止材と第２の封止材を加熱溶融させて気密封止する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面多角形状のセラミックの基体と、当該基体に搭載される圧電振動素子と、前記基体の平面形状に対応したセラミックの蓋とを具備してなり、封止材を介して前記基体と前記蓋を接合し、気密封止してなる圧電振動デバイスの製造方法であって、
前記蓋、または前記基体の少なくとも一方には、堤部と凹部が形成されており、当該堤部の端面全体に、第１の封止材を塗布し、当該第１の封止材の上部に、第１の封止材と同材質で、一層以上の第２の封止材を塗布してなるとともに、当該第２の封止材は、前記堤部の端面の角部にてお互いに隔離した状態で塗布し、前記第１に封止材と第２の封止材の表面を硬化してなる工程、
前記基体に圧電振動板が導電性接合材を介して基体上面から浮いた状態で搭載されてなる工程、
前記基体の開口部に前記蓋の開口部を重ね合わせ、前記第１の封止材と第２の封止材を加熱溶融させて気密封止する工程を経てなることを特徴とする圧電振動デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記第２の封止材は、一定の間隔で同一幅の隙間を有した状態で塗布されてなることを特徴とする特許請求項１記載の圧電振動デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記第１の封止材の厚みに対して、第２の封止材の厚みを１〜２倍の厚みで塗布してなることを特徴とする特許請求項１、または特許請求項２記載の圧電振動デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記第１の封止材と第２の封止材は、前記蓋、または前記基体の一方の堤部のみに形成されてなることを特徴とする特許請求項１〜３いずれか１項記載の圧電振動デバイスの製造方法。
【請求項５】
上記特許請求項１〜４のいずれか１項記載の圧電振動デバイスの製造方法によって製造されたことを特徴とする圧電振動デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック基体とセラミック蓋とを低融点ガラス等の封止材により封止してなる圧電振動デバイスの製造方法およびその方法によって製造された圧電振動デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
気密封止を必要とする圧電振動デバイスの例として、水晶振動子、水晶フィルタ、水晶発振器あるいはＳＡＷフィルタ等があげられる。これらはいずれも水晶振動板（圧電振動素子）の表面に金属薄膜電極を形成し、この金属薄膜電極を外気から保護するため、気密封止されている。
【０００３】
これら圧電振動デバイスは部品の表面実装化の要求から、セラミックパッケージに気密的に収容する構成が増加している。このようなセラミックパッケージを用いる場合、セラミックの基体と蓋との接合は多種多様の接合方法が検討されている。例えばはんだ接合、樹脂接合、低融点ガラス接合、抵抗溶接、電子ビーム溶接等各種の接合方法等があげられるが、よく用いられる接合方法の１つとして、低融点ガラス等の封止材による気密封止がある。
【０００４】
この低融点ガラスによる気密封止は、低背化が可能であり、圧電振動素子の収容領域が比較的広く確保でき、しかも接合の際、多数個の接合を一括して行えるバッチ処理が可能となるため、製造コストを低下させる利点を有している。
【０００５】
しかしながら、低融点ガラスなどの封止材による気密封止では、封止材の塗布量や気密封止後の塗布状態の管理が必要となる。封止材の塗布量が過少状態では気密不良や封止強度の低下を招き、封止材の塗布量が過多状態では、封止材のはみ出し、はみ出した封止材と圧電振動素子が接触して特性の異常を招くことがあった。
【０００６】
特に、圧電振動素子のサイズが比較的大きな低周波タイプのものでは、収容スペースを広く取るために、堤部を有する基体と、当該基体の堤部に対応した堤部を有する蓋とを用いたパッケージ形態であり、堤部の上面のみの面積の小さな封止エリアとなるため、上記封止材のはみ出しを招くことが多かった。この封止材のはみ出しは、堤部の角部分で封止材の塗布量が多くなるので、この部分で最も多く発生していた。また、圧電振動素子は、電極パッドや導電性接合材を介して基体上面から浮いた状態で搭載されているので、このはみ出した封止材と圧電振動素子が接触しやすい。
【０００７】
従来、これら封止材のはみ出しをなくすために、特許文献１に開示されているように、基体の堤部の角部分に、封止材料の非塗布部を設ける手法があった。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００３−８３８２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１のような手法では、封止材が封止面に全く塗布されない領域が形成されているため、封止材溶融後もこの領域の一部が残存し、封止強度が著しく低下することがあった。
また、特許文献１のように封止材が形成された基体の堤部に蓋を被せ、封止材を溶融させて気密封止する際に、加熱炉の熱により、パッケージ内のガス圧力が高まり、当該膨張したガスが封止材をパッケージの外部に押し出し、封止材を突き破って、パッケージ外部に噴出し、封止材の一部に隙間が形成され、気密性の著しい低下を招くといった問題もあった。
【００１０】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、製造コストを増大させることなく、セラミックパッケージの封止材のはみ出しによる特性の悪影響をなくし、かつセラミックパッケージの封止強度の低下と気密性の低下を抑制できるより安価でより信頼性の高い圧電振動デバイスの製造方法およびその方法によって製造された圧電振動デバイスを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、平面多角形状のセラミックの基体と、当該基体に搭載される圧電振動素子と、前記基体の平面形状に対応したセラミックの蓋とを具備してなり、封止材を介して前記基体と前記蓋を接合し、気密封止してなる圧電振動デバイスの製造方法であって、前記蓋、または前記基体の少なくとも一方には、堤部と凹部が形成されており、当該堤部の端面全体に、第１の封止材を塗布し、当該第１の封止材の上部に、第１の封止材と同材質で、一層以上の第２の封止材を塗布してなるとともに、当該第２の封止材は、前記堤部の端面の角部にてお互いに隔離した状態で塗布し、前記第１に封止材と第２の封止材の表面を硬化してなる工程、前記基体に圧電振動板が導電性接合材を介して基体上面から浮いた状態で搭載されてなる工程、前記基体の開口部に前記蓋の開口部を重ね合わせ、前記第１の封止材と第２の封止材を加熱溶融させて気密封止する工程を経てなることを特徴とする。
【００１２】
また、特許請求項２の製造方法では、上述の製造方法において、前記第２の封止材は、一定の間隔で同一幅の隙間を有した状態で塗布されてなることを特徴とする。
【００１３】
また、特許請求項３の製造方法では、上述の製造方法において、前記第１の封止材の厚みに対して、第２の封止材の厚みを１〜２倍の厚みで塗布してなることを特徴とする。
【００１４】
また、特許請求項４の製造方法では、上述の製造方法において、前記第１の封止材と第２の封止材は、前記蓋、または前記基体の一方の堤部のみに形成されてなることを特徴とする。
【００１５】
また、特許請求項５では、上述の製造方法によって製造されたことを特徴とする圧電振動デバイス。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の特許請求項１によれば、前記蓋、または前記基体の少なくとも一方の堤部の端面全体に、第１の封止材を塗布されているので、封止材が全く塗布されない領域が形成されず、封止材の過少状態による気密不良や封止強度の低下を招くことがない。また、第２の封止材は、前記堤部の端面の角部にてお互いに隔離した状態で塗布されているので、この領域で封止材全体として厚みが増大することがなく、封止材の過多状態による封止材のはみ出すことがなくなる。
【００１７】
しかも、第２の封止材は、前記堤部の端面の角部にてお互いに隔離した状態で塗布され、前記第１に封止材と第２の封止材の表面を硬化しているので、基体の堤部に蓋の堤部を重ね合わせた際、前記角部分の封止材の隙間により、封止材が溶融するまで、蓋と基体の凹部内のガス圧力が高まっても、確実にガス抜きを行い、封止材が溶融すると、同材質からなる第１の封止材の上部に第２の封止材がなじんで確実に広がり、この隙間を確実に塞ぐことができる。このため、圧電振動デバイスの封止強度を低下させることなく、気密不良を招くともない。
【００１８】
さらに、封止材を第１の封止材と、一層以上の第２の封止材を分けて塗布することにより、所望の領域で厚み調整がなされた封止材がスクリーン印刷などの手法により容易に作成できるとともに、封止材の厚みを調整しやすい。
【００１９】
また本発明の特許請求項２によれば、前記第２の封止材は、一定の間隔で同一幅の隙間を有した状態で塗布されているので、上述の作用効果に加え、封止材に堤部を横切る一定幅の溝が形成され、この溝部分で均一に第２の封止材が広がり、封止材のはみ出しがより軽減される。
【００２０】
また本発明の特許請求項３によれば、前記第１の封止材の厚みに対して、第２の封止材の厚みを１〜２倍の厚みで塗布されているので、上述の作用効果に加え、封止材溶融前のガス抜きと封止材溶融後の隙間を塞ぐ働きがより効率的に行われる。１倍より小さいときはガス抜き効率が低下し、２倍より大きいときは、隙間が残存する可能性が高くなる。
【００２１】
また本発明の特許請求項４によれば、前記第１の封止材と第２の封止材は、前記蓋、または前記基体の一方の堤部のみに形成されているので、上述の作用効果に加え、封止の信頼性を低下させることなく、コストを低減させることができる。
【００２２】
このように本発明の製造方法により、製造コストを増大させることなく、セラミックパッケージの封止材のはみ出しによる特性の悪影響をなくし、かつセラミックパッケージの封止強度の低下と気密性の低下を抑制できるより安価で信頼性の高い圧電振動デバイスを提供することができる。
【００２３】
また本発明の特許請求項４によれば、上述の方法によって製造された圧電振動デバイスであるので、製造コストを増大させることなく、セラミックパッケージの封止材のはみ出しによる特性の悪影響をなくし、かつセラミックパッケージの封止強度の低下と気密性の低下を抑制できるより安価で信頼性の高い圧電振動デバイスが得られる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態による圧電振動デバイスとして、表面実装型水晶振動子を例にして、図面とともに説明する。図１は本発明の第１の実施形態を示す模式的な断面図であり、図２は図１の蓋の底面図であり、図３は図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００２５】
表面実装型水晶振動子は、全体として直方体形状で、上部が開口した凹部を有する平面矩形状のセラミック基体１と、当該基体の凹部の中に収容される矩形水晶振動板（圧電振動素子）３と、下部が開口した凹部を有する平面矩形状のセラミック蓋２とを具備しており、前記セラミック基体の凹部分とセラミック蓋の逆凹部分により、圧電振動素子の収容スペース（搭載スペース）を形成している。
【００２６】
セラミック基体１は、断面でみて凹形状で、方形の周をなす堤部１１と凹部１２とを有しており、当該凹部の内部には、短辺方向に並んで電極パッド１３，１４が形成されている（電極パッド１４については図示せず）。これら電極パッドは図示しない引出電極により、セラミック基体の底面に導出されている。
【００２７】
セラミック蓋２は、断面でみて逆凹形状で、前記基体の堤部１１に対応した方形の周をなす堤部２１と凹部２２を有している。
【００２８】
これらのセラミック基体１とセラミック蓋２は、セラミック積層技術により容易に作成できる。すなわち、各種の形状に対応したセラミックグリーンシートを用い、当該セラミックグリーンシートにメタライズ形成するとともに一体焼成することで作成できる。
【００２９】
上述のように構成されたセラミック蓋の堤部の端部には、低融点ガラスＧ（封止材）がスクリーン印刷などの手法により形成されている。蓋の堤部に形成される低融点ガラスは、前記蓋の堤部の端面全体に、第１の低融点ガラスＧ１が塗布されており、この第１の低融点ガラス層の上面には、前記堤部の角部２３，２４，２５，２６にて、各辺の第２の低融点ガラスＧ２がお互いに一定の間隔で同一幅の隙間を有した状態で塗布形成されている。このため、図２に示すように、前記堤部の角部分では、第１の低融点ガラスのみが塗布され、低融点ガラスの一部に堤部を横切る厚みの薄い段差領域（堤部を横切る一定幅の溝）が形成されるので、後述する封止で溶融される際、この隙間部分で均一に第２の低融点ガラスが広がり、封止材のはみ出しがより軽減される。また、このとき、前記第１の低融点ガラスの塗布される厚みに対して、第２の低融点ガラスの塗布される厚みを１〜２倍の厚みで設定しているので、封止材溶融前のガス抜きと封止材溶融後の隙間を塞ぐ働きがより効率的に行われる。この状態で、上記塗布された低融点ガラスの融点より低い温度で加熱し、乾燥することで、前記第１の低融点ガラスと第２の低融点ガラスの表面を硬化している。（第１の工程）
前記基体の電極パッド１３，１４には、矩形の水晶振動板３が導電性接合材Ｓを介して基体上面から浮いた状態で搭載され、長辺方向の一端を片持ち支持する構成となっている。水晶振動板３の表裏面には図示していないが一対の励振電極が形成され、各々電極パッド１３，１４部分に引き出されており、導電性接合材Ｓにより導電接合されている。（第２の工程）
前記セラミック基体の堤部１１の上に、荷重をかけて前記セラミック蓋の堤部２１を搭載し、不活性ガスを充填した状態で加熱炉に所定時間投入し（例えば、３２０〜３５０℃の温度で１０分程度）、前記低融点ガラスＧ１およびＧ２を溶融させ、その後常温に冷やすことで前記低融点ガラスを硬化し、気密封止される。量産性を考慮した場合、このようなセラミック基体とセラミック蓋のペアを多数個用意し、これらを加熱硬化炉に所定時間投入し低融点ガラスを硬化させるとよい。（第３の工程）
なお、上記第１の実施形態では、気密封止工程の前（前記第２工程の後）に、前記水晶振動板３が搭載されたセラミック基体１に対して、アニール工程を実施し、その後、気密封止工程（第３の工程）に移行している。このため、水晶振動板を電気的機械的に接続する導電性接合材の応力緩和などが行え、より信頼性の高い圧電振動デバイスが提供できる。
【００３０】
以上により、表面実装型水晶振動子の完成となる。
【００３１】
上記第１の実施形態では、蓋の堤部のみに低融点ガラス（封止材）を形成しているが、基体の堤部のみに同様の低融点ガラス（封止材）形成してもよく、蓋の堤部と基体の堤部の両方に同様の低融点ガラス（封止材）を形成してもよい。さらに、上記実施形態では、第１の低融点ガラス層と第２の低融点ガラス層をともに単層で構成しているが、少なくとも一方を、２層以上の低融点ガラスから構成してもよい。
【００３２】
次に、本発明の第２の実施形態による圧電振動デバイスを、表面実装型の水晶振動子を例にし、図面とともに説明する。図４は本発明の第２の実施形態を示す蓋の底面図であり、図５は図４のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。なお、前記実施形態と同様の部分については同番号を付すとともに説明の一部を割愛した。
【００３３】
セラミック蓋１とセラミック基体２の堤部の端部には、低融点ガラス（封止材）がスクリーン印刷などの手法により形成されている。蓋と基体の堤部に形成される低融点ガラスは、当該蓋と基体の堤部の端面全体に、第１の低融点ガラスＧ１が塗布されている（基体については図示せず）。前記蓋の第１の低融点ガラス層の上面には、前記堤部の角部２３，２４，２５，２６と堤部の長辺方向の中央部分２７，２８にて、各辺の第２の低融点ガラスＧ２がお互いに隔離した状態で塗布形成されている。このため、図４に示すように、前記堤部の角部分と長辺方向の中央部分では、第１の低融点ガラスのみが塗布され、低融点ガラスの一部に堤部を横切る厚みの薄い段差領域が形成されており、堤部の角部分のみならず長辺方向の中央部分でも、低融点ガラスのはみ出し抑制とガス抜け性の向上がなされている。また、このとき、前記第１の低融点ガラスの塗布される厚みに対して、第２の低融点ガラスの塗布される厚みを１〜２倍の厚みで設定しているので、封止材溶融前のガス抜きと封止材溶融後の隙間を塞ぐ働きがより効率的に行われる。この状態で、上記塗布された低融点ガラスの融点より低い温度で加熱し、乾燥することで、前記第１の低融点ガラスと第２の低融点ガラスの表面を硬化している。（第１の工程）
第１の実施形態と同様に、前記基体の電極パッド１３，１４には、矩形の水晶振動板３が導電性接合材Ｓを介して基体上面から浮いた状態で搭載され、長辺方向の一端を片持ち支持する構成となっている。（第２の工程）
前記水晶振動板３が搭載されたセラミック基体１に対して、アニール工程を実施する。（第３の工程）
前記セラミック基体の堤部１１の上に、前記セラミック蓋の堤部２１を搭載し、不活性ガスを充填した状態で加熱炉に所定時間投入し（例えば、３２０〜３５０℃の温度で１０分程度）、前記低融点ガラスＧ１およびＧ２を溶融させ、その後常温に冷やすことで前記低融点ガラスを硬化し、気密封止される。量産性を考慮した場合、このようなセラミック基体とセラミック蓋のペアを多数個用意し、これらを加熱硬化炉に所定時間投入し低融点ガラスを硬化させるとよい。（第４の工程）
なお、上記第２の実施形態では、気密封止工程の後（前記第４工程の後）にも、前記気密封止されたセラミック基体１とセラミック蓋２に対して、アニール工程を実施している。このため、気密封止された圧電振動デバイスの経時変化に対する特性の向上が行え、より信頼性の高い圧電振動デバイスが提供できる。
【００３４】
以上により、表面実装型水晶振動子の完成となる。
【００３５】
上記第２の実施形態では、蓋の堤部に第１の低融点ガラス（第１の封止材）と第２の低融点ガラス（第２の封止材）を形成し、基体の堤部に第１の低融点ガラス（第１の封止材）を形成しているので、溶融後の離隔した第２の低融点ガラス（第２の封止材）が、蓋体と基体の両方に形成された第１の低融点ガラスになじんでより広がりが促進され、確実に段差による隙間を塞ぐことができ、封止強度をさらに向上させる。
【００３６】
なお、基体の堤部に第１の低融点ガラス（第１の封止材）と第２の低融点ガラス（第２の封止材）を形成し、蓋の堤部に第１の低融点ガラス（第１の封止材）を形成しても同様の効果が得られる。さらに、上記実施形態では、第１の低融点ガラス層と第２の低融点ガラス層をともに単層で構成しているが、少なくとも一方を、２層以上の低融点ガラスから構成してもよい。
【００３７】
上記実施形態では、封止材料として低融点ガラスの例を示したが、エポキシ系の樹脂接着剤、はんだ等の金属ろう材でも適用できる。セラミックパッケージの形態として、前記蓋と前記基体の両方に堤部を有するものを例にしているが、蓋のみ、あるいは基体のみ堤部を有するものにも適用できる。圧電振動デバイスの保持形態として、片端保持構造のものを例にしているが、両端保持構造のものにも適用できる。さらに、圧電振動デバイスの例として、水晶振動子の例を示したが、もちろん、水晶発振器、水晶フィルタ、ＳＡＷフィルタ等の他の圧電振動デバイスにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す模式的な断面図。
【図２】図１の蓋の底面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態を示す蓋の底面図。
【図５】図４のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【符号の説明】
１  セラミック基体
２  セラミック蓋
３  水晶振動板（圧電振動素子）
【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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