(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動素子を搭載するセラミック基体と、搭載した圧電振動素子を気密封止し、断面が逆凹形に開口した金属蓋とからなる圧電振動デバイス用パッケージであって、
前記セラミック基体の圧電振動素子搭載面の外周近傍には、前記金属蓋の開口端部の外周端より内側に少なくとも一カ所以上のメタライズ層が形成されるとともに、当該メタライズ層は前記圧電振動デバイス用パッケージの外面に導出されたアース端子に電気的接続され、前記メタライズ層の上部に軟質金属がメッキされており、
前記金属蓋の開口端部が前記メッキに当接した状態で低融点ガラスまたは樹脂接着剤により接合されていることを特徴とする圧電振動デバイス用パッケージ。
【請求項２】
圧電振動素子を収納する凹部を有し、外周に堤部を有するセラミック基体と、当該堤部に対応した金属蓋とを気密的に接合してなる圧電振動デバイス用パッケージであって、
前記セラミック基体の堤部上面には、前記金属蓋の外周端より内側に少なくとも一カ所以上のメタライズ層が形成されるとともに、当該メタライズ層は前記圧電振動デバイス用パッケージの外面に導出されたアース端子に電気的接続され、前記メタライズ層の上部に軟質金属がメッキされており、
前記金属蓋が前記メッキに当接した状態で低融点ガラスまたは樹脂接着剤により接合されていることを特徴とする圧電振動デバイス用パッケージ。
【請求項３】
前記セラミック基体の上面には、前記金属蓋の外周端より内側に周状のメタライズ層が形成されてなることを特徴とする特許請求項１、２記載の圧電振動デバイス用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電振動デバイス用パッケージ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（圧電振動板）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】
これら水晶応用製品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納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、パッケージ本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、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であるが、よく用いられている接合方法としてシーム溶接による気密封止があり、例えば特開平７−３２６６８７号の従来例に示されている。これは、セラミックパッケージの開口部分に形成されたシールリング（金属枠体）と金属製の蓋体とを、抵抗溶接の１種であるシーム溶接により気密封止したもので、表面実装化に対応した接合方法である。
【０００４】
シーム溶接は電流の流れる領域のみが加熱され、局所加熱方法としては好適な方法であり、その気密封止の信頼性も高く評価されている。しかしながら、シーム溶接を行う場合、パッケージの開口部分にシールリングを予めろう接する必要から、このろう材のメニスカス（meniscus）部分が必要となる。すなわちシーム溶接においては接合領域を得るためのメニスカス部分等が必要となり、圧電振動デバイスの超小型化には適していない。また十分な電子素子収納領域が確保できなくなる。例えば水晶振動子においては、水晶振動板が小さすぎると所望の電気的特性が得にくくなったり、設計の余裕度が小さくなる。また水晶振動板のパッケージへの搭載も困難になる。
【０００５】
また、図５に示すように、パッケージと蓋とを低融点ガラスまたは樹脂接着剤を用いる方法もある。図５はセラミックパッケージ１とセラミックパッケージの開口部分と接合される金属蓋２とからなり、両者を低融点ガラスＧにて接合した圧電振動デバイス用パッケージを示している。
【０００６】
ガラスまたは樹脂接着剤により接合する場合、シーム溶接のための構成（例えばシームリング等）を必要とせず、より一層の低背化が可能であり、シーム溶接の構成に比べてより広く電子素子の収納領域が確保できる。また接合の際、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。
【０００７】
しかしながらガラス、絶縁性の樹脂接着剤でセラミックパッケージの開口部分に金属蓋を接合する場合、両者間にガラス、樹脂接着剤が介在して、前記金属蓋がアースに落とされないことがあった。このような場合、圧電振動デバイス駆動時に発生する高周波ノイズが金属蓋を介して外部に放射され、外部機器に悪影響を与えることがあり、いわゆるＥＭＩ対策がとれていない構成となることがあった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、コスト安でまたＥＭＩ対策がとれるとともに、より一層の低背化、薄型化が可能で素子収納領域を広く確保できる圧電振動デバイス用パッケージを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は請求項１に示すように、圧電振動素子を搭載するセラミック基体と、搭載した圧電振動素子を気密封止し、断面が逆凹形に開口した金属蓋とからなる圧電振動デバイス用パッケージであって、前記セラミック基体の圧電振動素子搭載面の外周近傍には、前記金属蓋の開口端部の外周端より内側に少なくとも一カ所以上のメタライズ層が形成されるとともに、当該メタライズ層は前記圧電振動デバイス用パッケージの外面に導出されたアース端子に電気的接続され、前記メタライズ層の上部に軟質金属がメッキされており、前記金属蓋の開口端部が前記メッキに当接した状態で低融点ガラスまたは樹脂接着剤により接合されていることを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、セラミック基体の圧電振動素子搭載面の外周近傍に、金属蓋の開口端部の外周端より内側に少なくとも一カ所以上のメタライズ層と軟質金属のメッキが形成されているため、前記金属蓋の開口端部とメッキが内方側において確実に当接され、両者の導通を確保できるとともに、金属蓋の開口端部の外周端部では、前記メタライズ層による前記セラミック基体の上面と金属蓋の開口端部との隙間部分が形成され、この隙間部分に低融点ガラスまたは樹脂接着剤が十分に入り込み（塗布され）、十分な封止層が確保され、メニスカスが良好に形成される。また、多数個の圧電振動デバイスに対し一括加熱処理により、気密封止を行うことができるので生産性を向上させることができる。また、上部に軟質金属をメッキすることにより、金属蓋のメタライズ層へのアンカー効果を得やすくなり、メタライズ層への接続がより確実なものとなる。
【００１１】
また、圧電振動素子を収納する凹部を有し、外周に堤部を有するセラミック基体と、当該堤部に対応した金属蓋とを気密的に接合してなる圧電振動デバイス用パッケージであって、前記セラミック基体の堤部上面には、前記金属蓋の外周端より内側に少なくとも一カ所以上のメタライズ層が形成されるとともに、当該メタライズ層は前記圧電振動デバイス用パッケージの外面に導出されたアース端子に電気的接続され、前記メタライズ層の上部に軟質金属がメッキされており、前記金属蓋が前記メッキに当接した状態で低融点ガラスまたは樹脂接着剤により接合されていることを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、セラミック基体の堤部上面に、金属蓋の外周端より内側に少なくとも一カ所以上のメタライズ層と軟質金属のメッキが形成されているため、前記金属蓋とメッキが内方側において確実に当接され、両者の導通を確保できるとともに、金属蓋の外周端部では、前記メタライズ層による前記セラミック基体の堤部上面と金属蓋との隙間部分が形成され、この隙間部分に低融点ガラスまたは樹脂接着剤が十分に入り込み（塗布され）、十分な封止層が確保され、メニスカスが良好に形成される。さらに、金属蓋は、製造するうえで、厚みを薄くしやすく、製品の低背化が可能となる。また、多数個の圧電振動デバイスに対し一括加熱処理により、気密封止を行うことができるので生産性を向上させることができる。また、上部に軟質金属をメッキすることにより、金属蓋のメタライズ層へのアンカー効果を得やすくなり、メタライズ層への接続がより確実なものとなる。
【００１３】
また、前記セラミック基体の上面には、前記金属蓋の外周端より内側に周状のメタライズ層が形成されてなることを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、上述の作用効果に加えて、全周にわたってメタライズ層と軟質金属のメッキが形成されているので、導通性能をより一層向上させる。さらに、気密封止する際に内部に形成されたメタライズ層が金属蓋と当接されて障壁をなし、低融点ガラスまたは樹脂接着剤がパッケージ内部へ進入するのを防ぐことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明による第１の実施の形態を表面実装型の水晶振動子を例にとり図１、図２とともに説明する。図１は本発明の第１の実施形態を示す内部断面図であり、図２は第１の実施形態を示す蓋をする前の平面図である。なお、従来例と同様の部分については、同番号を付している。
【００１６】
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セラミックパッケージ１と、当該パッケージの中に収納される圧電振動素子である矩形水晶振動板３と、パッケージの開口部に接合される金属蓋２とからなる。
【００１７】
断面でみてセラミックパッケージ１は、凹形のセラミック基体１０と、凹形周囲の堤部１０ａに形成される周状の金属層１１とからなる。金属層１１は、タングステン等からなるメタライズ層１１ａと、メタライズ層上に形成される金属膜層１１ｂとからなる。金属膜層１１ｂはメタライズ層に接してニッケルメッキ層と、当該ニッケルメッキ層の上部に形成される極薄の金メッキ層とからなる。各層の厚さは、例えば、メタライズ層１１ａが約８〜２２μｍ、ニッケルメッキ層が約１〜９μｍ、金メッキ層が約０．３〜１．０μｍである。なお、前記セラミックパッケージに形成された周状の金属層１１は、後述する金属蓋の外周端部に対応するような形状となっており、前記金属蓋の外周端部より小さめのサイズで形成されている。
【００１８】
また、セラミックパッケージ１の内部底面には、短辺方向に並んで電極パッド１３、１４が形成されており、これら電極パッドは連結電極１５，１６（１６は図示せず）を介して、パッケージ外部の底面に引出電極１７，１８として電気的に引き出されている。また図示していないが、パッケージ外部の底面には、前記メタライズ層１１と電気的に接続されたアース電極が形成されている。前記電極パッド１３，１４には圧電振動素子である矩形の水晶振動板３が搭載され、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Ｓ１により導電接合されている。
【００１９】
金属蓋２はコバールを母材とし、その表面にニッケルメッキが施されている。尚、金属蓋は４２アロイ（Ｎｉ−Ｆｅ合金）、４２６アロイ（Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ合金）等でもよい。
【００２０】
前記金属層１１上に前記金属蓋２を搭載し、この状態で低融点ガラスＧにより気密封止する。より具体的には前記金属層の外周に予め低融点ガラスを塗布しておくか、あるいは金属蓋の外周端部のみに予め低融点ガラスをスクリーン印刷等の手段により塗布しておき、そして金属層上に金属蓋を搭載する。この状態で加熱炉に所定時間投入し、低融点ガラスを溶融させ、その後常温に冷やすことで低融点ガラスを硬化し、パッケージと金属蓋が気密的に接合される。本実施例において、前記金属層の幅は０．１mm、当該金属層から金属蓋の端部までの封止エリアの幅は約０．２mmであり、約２倍程度の寸法比となっており、前記メニスカスが良好な状態で形成され、接合強度を向上させている。
【００２１】
なお、金属蓋とセラミックパッケージの金属層の電気的接続を確実にするため、両者間に加圧を行ってもよい。この加圧は１g/mm２〜５g/mm２程度あればよい。また量産性を考慮した場合、このようなパッケージと金属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。
【００２２】
次に、本発明による第２の実施の形態を表面実装型の水晶振動子を例にとり図３とともに説明する。第１の実施の形態と同じ構造部分については同番号を用いて説明するとともに、一部説明を割愛する。この例においても、基本構成は上述の実施の形態で示した構成に類似したものであり、上部が開口した凹部を有するセラミックパッケージ１と、当該パッケージの中に収納される電子素子である水晶振動板３と、パッケージの開口部に接合される金属蓋２とからなる。本実施の形態においては、前記金属層１１の形状を周形状とせず、帯状の金属層１１１、あるいは点状の金属層１１２を形成した構成となっている。また、この実施の形態においては、金属膜層を構成するニッケルメッキ層の厚さを１０〜１２μｍと厚肉化した。ニッケルメッキは比較的延性に富んでおり、金属蓋の開口端部との導通をより確実にすることができる。
【００２３】
次に、本発明による第３の実施の形態を表面実装型の水晶振動子を例にとり図４とともに説明する。この例ではセラミック基体５が平板形状であり、金属蓋６側の逆凹部分により、圧電振動素子の収納領域を形成している。セラミック基体５は平板形状で圧電振動素子搭載面の外周近傍には金属層５１が周状に形成されている。当該金属層５１は、タングステン等からなるメタライズ層５１ａと、メタライズ層上に形成される金属膜層５１ｂとからなる。金属膜層５１ｂはメタライズ層に接してニッケルメッキ層と、当該ニッケルメッキ層の上部に形成される極薄の金メッキ層とからなる。なお、前記セラミックパッケージに形成された周状の金属層５１は、後述する金属蓋の開口端部の外周端部に対応するような形状となっており、前記金属蓋の開口端部の外周端部より小さめのサイズで形成されている。
【００２４】
また、セラミックパッケージ５の内部底面には、短辺方向に並んで電極パッド５３、５４（５４は図示せず）が形成されており、これら電極パッドは連結電極５５，５６（５６は図示せず）を介して、パッケージ外部の底面に引出電極５７５８（５８は図示せず）として電気的に引き出されている。またパッケージ外部の底面には、前記金属層５１と連結電極５２を介して電気的に接続されたアース電極５９が形成されている。前記電極パッド５３，５４には圧電振動素子である矩形の水晶振動板３が搭載され、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５３，５４部分に引き出されており、導電性接合材Ｓ１により導電接合されている。
【００２５】
金属蓋６は４２アロイ（Ｎｉ−Ｆｅ合金）、４２６アロイ（Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ合金）等からなり、断面で見て逆凹形状（開口端部６１を具備する）を有している。この加工は金属平板を絞り加工により塑性変形させることで容易に行うことができ、また凹形状の深さも絞り加工量で調整できる。
【００２６】
前記金属層５１上に前記金属蓋の開口端部６１を搭載し、この状態で低融点ガラスＧにより気密封止する。
【００２７】
上記実施形態では、金属膜層として、ニッケルメッキを例にしたが、軟質金属メッキを採用することで、金属蓋の金属層へのアンカー効果を得やすくなる点で好ましく、例えば半田、鉛、錫、インジウム等の軟質金属メッキを施してもよい。また、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でも適用できる。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。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の特許請求項１により、セラミック基体の圧電振動素子搭載面の外周近傍に、金属蓋の開口端部の外周端より内側に少なくとも一カ所以上のメタライズ層と軟質金属のメッキが形成されているため、前記金属蓋の開口端部とメッキが内方側において確実に当接され、両者の導通を確保できるとともに、金属蓋の開口端部の外周端部では、前記メタライズ層による前記セラミック基体の上面と金属蓋の開口端部との隙間部分が形成され、この隙間部分に低融点ガラスまたは樹脂接着剤が十分に入り込み（塗布され）、十分な封止層が確保され、メニスカスが良好に形成される。また、多数個の圧電振動デバイスに対し一括加熱処理により、気密封止を行うことができるので生産性を向上させることができる。また、上部に軟質金属をメッキすることにより、金属蓋のメタライズ層へのアンカー効果を得やすくなり、メタライズ層への接続がより確実なものとなる。
【００２９】
また、本発明の特許請求項２により、セラミック基体の堤部上面に、金属蓋の外周端より内側に少なくとも一カ所以上のメタライズ層と軟質金属のメッキが形成されているため、前記金属蓋とメッキが内方側において確実に当接され、両者の導通を確保できるとともに、金属蓋の外周端部では、前記メタライズ層による前記セラミック基体の堤部上面と金属蓋との隙間部分が形成され、この隙間部分に低融点ガラスまたは樹脂接着剤が十分に入り込み（塗布され）、十分な封止層が確保され、メニスカスが良好に形成される。さらに、金属蓋は、製造するうえで、厚みを薄くしやすく、製品の低背化が可能となる。また、多数個の圧電振動デバイスに対し一括加熱処理により、気密封止を行うことができるので生産性を向上させることができる。また、上部に軟質金属をメッキすることにより、金属蓋のメタライズ層へのアンカー効果を得やすくなり、メタライズ層への接続がより確実なものとなる。
【００３０】
従って、コスト安でまたセラミック基体と金属蓋の電気的な導通を確実にしてＥＭＩ対策がとれるとともに、両者の封止性能を向上させ、より一層の低背化、薄型化が可能で素子収納領域を広く確保できる圧電振動デバイス用パッケージを提供することができる。
【００３１】
また、特許請求項３により、上述の作用効果に加えて、全周にわたってメタライズ層と軟質金属のメッキが形成されているので、導通性能をより一層向上させる。さらに、気密封止する際に内部に形成されたメタライズ層が金属蓋と当接されて障壁をなし、低融点ガラスまたは樹脂接着剤がパッケージ内部へ進入するのを防ぐことができるばかりか、当該低融点ガラスまたは樹脂接着剤の硬化に伴って発生するガスの進入も防ぎ、より真空度の高い、気密性の高い封止が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施形態による内部断面図。
【図２】  第１の実施形態による蓋をする前の平面図。
【図３】  第２の実施形態による蓋をする前の平面図。
【図４】  第３の実施形態による内部断面図。
【図５】  従来例を示す図。
【符号の説明】
１、５・・・セラミックパッケージ
１１、５１・・・金属層
２、６・・・金属蓋
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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