(57)【要約】【課題】  容器体内の圧電振動素子に、ガス成分を付着させないで蓋体を容器体に封止することができると共に、該圧電振動素子の発振周波数を微調整することができ、これにより、発振特性が変動することのない圧電デバイスを提供することを目的とする。【解決手段】  矩形状の容器体の内部空間に圧電振動素子が搭載され、該容器体の側壁頂部には該容器体の内部空間を覆う矩形状の第１の蓋体が配置されており、該第１の蓋体と該側壁頂部に設けた導体パターンとを固着している圧電デバイスにおいて、前記第１の蓋体には開口部が形成され、該開口部を覆うように第２の蓋体で容器体の内部空間の前記圧電振動素子を気密封止することを特徴とするものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形状の容器体の内部空間に圧電振動素子が搭載され、該容器体の側壁頂部には該容器体の内部空間を覆う矩形状の第１の蓋体が配置されており、該第１の蓋体と該側壁頂部に設けた導体パターンとを固着している圧電デバイスにおいて、
前記第１の蓋体には開口部が形成され、該開口部を覆うように第２の蓋体で容器体の内部空間の前記圧電振動素子を気密封止することを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記第１の蓋体の開口部には段差部が設けられ、該段差部に第２の蓋体が配置されていることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記第１の蓋体に形成されている開口部が前記圧電振動素子の励振電極と同等の大きさであることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。
【請求項４】
矩形状の容器体の内部空間に圧電振動素子を搭載する工程Ａと、
前記開口部が形成されてなる第1の蓋体を前記容器体に設けた導体パターン上に載置し、接合する工程Ｂと、
前記第１の蓋体に設けた開口部から、前記圧電振動素子の周波数の微調整をする工程Ｃと、
前記第１の蓋体に設けた開口部に対して第２の蓋体により接合し、気密封止する工程Ｄとを、含むことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記第１の蓋体に形成されているメッキ層を開口部周囲のみ除去することを特徴とする請求項１記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項６】
請求項１と請求項４に記載の第１の蓋体の材質がセラミック材料であることを特徴とする圧電デバイス及びその製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯用通信機器や電子計算機等の電子機器に用いられる水晶振動子等の圧電デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より圧電素板の両主面に電極を形成した圧電振動素子をパッケージ内部に搭載した、例えば、圧電振動子や、圧電振動子と発振回路とを同一のパッケージ内に搭載した圧電発振器、あるいは、特定の周波数帯を分離する圧電フィルタ等の圧電デバイスが、携帯用通信機器や電子計算機等の電子機器に多用されている。そして近年、表面実装に対応した形状の圧電デバイスが開発され、電子機器の小型化に伴って、これらの圧電デバイスも小型化が進められている。
【０００３】
かかる従来の圧電デバイスの一例としては、図６に圧電材として水晶を使用した水晶振動子を示す。容器体２１の凹部空間内底面には、一対の素子接続用電極パッドが設けられている。この素子接続用電極パッド上には、導電性接着材を介して電気的に接続される一対の励振電極を表裏主面に有した水晶振動素子２２が搭載されており、この水晶振動素子２２を囲繞する容器体２１の側壁頂部にはシールリング２３が取着されている。
このシールリング２３の上に金属製の蓋体２４を被せ、シーム溶接等でシールリング２３と蓋体２４とを接合することにより、水晶振動素子２２の搭載空間（凹部空間）を気密封止した水晶振動子である。（例えば、下記特許文献１を参照。）
【０００４】
かかる水晶振動子は、容器体２１の下面に設けられる入出力端子並びにグランド端子等の外部端子２５を介して水晶振動素子２２の励振電極間に外部からの変動電圧が印加されると、水晶振動素子２２の特性に応じた所定の周波数で厚みすべり振動を起こすようになっており、その共振周波数に基づいて外部の発振回路で所定周波数の基準信号が発振・出力される。このような基準信号は携帯用通信機器等の電子機器におけるクロック信号として利用されることとなる。
【０００５】
前述のような水晶振動子等を含む圧電デバイスについては、以下のような文献が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−２７４６４９号公報
【特許文献２】特開２００４−２３６１８３号公報
【０００６】
尚、出願人は、前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を本件出願時までに発見するに到らなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の圧電デバイスによれば、接合による蓋体の加熱の際に、容器体内が加熱されることから容器体内の導電性接着剤からガスが発生し、このガス成分が圧電振動素子に付着した状態で、蓋体が容器体を気密封止することになるので、圧電振動子の発振特性が変動してしまうという欠点があった。
【０００８】
また、従来の圧電デバイスでは発振周波数を調整後、気密封止する為、周波数が変動しても再調整することができないという欠点があった。
【０００９】
本発明は、容器体内の圧電振動素子に、ガス成分を付着させないで蓋体を容器体に封止することができると共に、該圧電振動素子の発振周波数を微調整することができ、これにより、発振特性が変動することのない圧電デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の圧電デバイスは、矩形状の容器体の内部空間に圧電振動素子が搭載され、該容器体の側壁頂部には該容器体の内部空間を覆う矩形状の第１の蓋体が配置されており、該第１の蓋体と該側壁頂部に設けた導体パターンとを固着している圧電デバイスにおいて、前記第１の蓋体には開口部が形成され、該開口部を覆うように第２の蓋体で容器体の内部空間の前記圧電振動素子を気密封止することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の圧電デバイスは、前記第１の蓋体の開口部には段差部が設けられ、該段差部に第２の蓋体が配置されていることを特徴とするものである。
【００１２】
更に、本発明の圧電デバイスは、前記第１の蓋体に形成されているメッキ層を開口部周囲のみ除去することを特徴とするものである。
【００１３】
また更に本発明の圧電デバイスは、前記第１の蓋体に形成されている開口部が前記圧電振動素子の励振電極と同等の大きさであることを特徴とするものである。
【００１４】
更にまた本発明の圧電デバイスは、前記第１の蓋体の材質がセラミック材料であることを特徴とするものである。
【００１５】
また更に本発明の圧電デバイスの製造方法は、矩形状の容器体の内部空間に圧電振動素子を搭載する工程Ａと、前記開口部が形成されてなる第1の蓋体を前記容器体に設けた導体パターン上に載置し、接合する工程Ｂと、前記第１の蓋体に設けた開口部から、前記圧電振動素子の周波数の微調整をする工程Ｃと、前記第１の蓋体に設けた開口部に対して第２の蓋体により接合し、気密封止する工程Ｄとを、含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の圧電デバイスによれば、前記第１の蓋体には開口部が形成され、該開口部を覆うように第２の蓋体で容器体の内部空間の前記圧電振動素子を気密封止することによって、第１の蓋体を接合する際に、発生したガス成分を該開口部から排出することができるので、前記圧電振動素子に被着することを防止することが可能となる。
また、前記ガス成分が前記圧電振動素子に被着することがないため、発振周波数の変動を抑えることが可能となる。
【００１７】
また、第１の蓋体に設けられた開口部に例えばイオンビームを照射させることによって、容器体に収容された圧電振動素子の励振電極に、該イオンビームを照射することができる。これにより、容器体に第１の蓋体を封止後に、封止した環境において精密に周波数調整をすることができる。
【００１８】
また、本発明の圧電デバイスによれば、第１の蓋体の開口部には段差部が設けられ、該段差部に第２の蓋体が配置されていることによって、第２の蓋体の位置決めが容易であると共に、第２の蓋体と第１の蓋体を接合するための封止材が第１の蓋体全面に広がることを防止することが可能となる。
【００１９】
更に、本発明の圧電デバイスによれば、前記第１の蓋体に形成されているメッキ層を開口部周囲のみ除去することによって、第２の蓋体を第１の蓋体と接合するための封止材が第１の蓋体表面に広がることを防止するとともに、該開口部内に封止材が入ることを防止することが可能となる。
【００２０】
また更に本発明の圧電デバイスによれば、前記第１の蓋体に形成されている開口部が前記圧電振動素子の励振電極と同等の大きさであることによって、イオンビーム等を励振電極に均一に照射することができるので、安定した周波数調整をすることが可能となる。
【００２１】
更にまた本発明の圧電デバイスによれば、前記第１の蓋体の材質がセラミック材料であることによって、周波数調整の際に蓋体の材質が飛散することがないので、周波数の変動を防止することが可能となる。
【００２２】
また更に本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、前記開口部が形成されてなる第１の蓋体を前記容器体に設けた導体パターン上に載置・接合し、前記第１の蓋体に設けた開口部から、前記圧電振動素子の周波数の微調整をすることによって、圧電デバイスの周波数偏差を最小限にすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、本発明の圧電デバイスの分解斜視図であり、また図２は、本発明の圧電デバイスの断面図である。同図に示す圧電デバイスは、大略的に、容器体１と、圧電振動素子としての水晶振動素子２と、容器体内を気密封止する為の第１の蓋体３及び第２の蓋体４とで構成されている。
【００２４】
前記容器体１は、例えば、アルミナセラミックス、ガラス−セラミック等のセラミック材料から成る絶縁層を複数層、積層することによって形成されており、その上面には、前記水晶振動素子２を搭載する為の搭載パッド５が形成されている。
また、周辺域に囲繞する環状の導体パターン６が形成され、下面には入力端子、出力端子及びグランド端子を含む複数個の外部端子電極７がそれぞれ設けられている。
【００２５】
図３に示すように、かかる容器体１に設けられている一対の搭載パッド５は、その上面側で後述する水晶振動素子２の励振電極に導電性接着材８を介して電気的に接続され、容器体内部のビア導体等を介して入出力端子（入力端子、出力端子）に電気的に接続される。更に容器体１の上面には前記導体パターン６が設けられており、その上面側で後述する第１の蓋体３に封止材９を介して電気的に接続され、下面側で容器体内部のビア導体等を介して容器体１の下面のグランド端子に電気的に接続される。
【００２６】
前記容器体に搭載する水晶振動素子２は、所定の結晶軸でカットした水晶片の両主面に一対の励振電極を被着・形成してなり、外部からの変動電圧が一対の励振電極を介して水晶片に印加されると、所定の周波数で厚みすべり振動を起こす。
このような水晶振動素子２は、その両主面に被着されている励振電極と前記容器体上面の対応する搭載パッド５とを導電性接着材８を介して電気的・機械的に接続することによって前記容器体１に搭載される。
【００２７】
前記導電性接着材８は、シリコン樹脂やポリイミド樹脂等から成る樹脂材料中にＡｇ等から成る導電性粒子を所定量、添加・混合してなるものである。
【００２８】
そして更に、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）等の封止材９を介して導体パターン６にロウ付けし、容器体１と第１の蓋体３とを環状に接合することによって容器体１の上面に、レーザ光やハロゲンランプ等により、前記封止材９を溶融することによって取着されている。
また、同様に第２の蓋体４と第１の蓋体３との接合においても、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）等のロウ材により接合されている。
【００２９】
第１の蓋体３及び第２の蓋体４としては、４２アロイやコバール，リン青銅等を用いれば良く、前記第１の蓋体３及び第２の蓋体４の表面には、Ｎｉ、Ａｕの金属層が形成され、前記金属層に金錫（Ａｕ−Ｓｎ）等の封止材９を被着する。
第１の蓋体３及び第２の蓋体４は、容器体１とで囲まれる領域に水晶振動素子２を収容して気密封止するためのものであり、また先に述べた導体パターン６を介して容器体下面の外部端子電極７に接続される。よって、水晶振動子の使用時、回路母基板に外部端子電極７を用いて接続すると、前記第１の蓋体３及び第２の蓋体４は、グランド電位に保持されることとなり、水晶振動素子２が第１の蓋体３及び第２の蓋体４のシールド効果によって外部からの不要な電気的作用、例えばノイズ等から良好に保護される。
【００３０】
また第１の蓋体３には、前記水晶振動素子２の励振電極に対応する箇所に、打ち抜き手法等により開口部１０が形成されている。また、封止時に発生したガス成分を該開口部１０から排出することができるので、前記水晶振動素子２にガスが被着することを防止することが可能となる。
また、第１の蓋体３に設けられた開口部を通じて容器体内部に搭載されている前記水晶振動素子の励振電極にレーザやイオンビームを照射させることによって、容器体１に第１の蓋体３を気密封止した後に、封止した環境において精密に周波数調整をすることができる。
【００３１】
図４と図５に示すように、第１の蓋体３の開口部１０には段差部１１が設けられ、該段差部１１に第２の蓋体４が配置されていることによって、第２の蓋体４の位置決めが容易であると共に、第２の蓋体４と第１の蓋体３を接合するための封止材９が第１の蓋体全面に広がることを防止することが可能となる。
前記第１の蓋体３に形成されているメッキ層を開口部周囲のみ除去することによって、第２の蓋体４を第１の蓋体３と接合するための封止材９が第１の蓋体表面に広がることを防止するとともに、該開口部内に封止材９が入ることを防止することが可能となる。
【００３２】
次に上述した圧電デバイスの製造方法について説明する。
（工程Ａ）
まず、容器体１には、上面側にキャビティ部底面の一対の搭載パッド５と開口周縁を囲む接合用の導体パターン６が被着・形成され、下面側には入出力端子やグランド端子等の外部端子電極７が被着・形成されている。
このような容器体１は、例えば、アルミナセラミックス等から成るセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートの表面等に接続パッドや外部端子電極７、導体パターン等となる導体ペーストを所定パターンに印刷・塗布するとともに、これを複数枚積層してプレス成形した後、高温で焼成することによって製作される。
また容器体１のキャビティ部底面には水晶振動素子２が1個ずつ搭載され、水晶振動素子２の励振電極と容器体上面の搭載パッド５とが導電性接着剤８を介して電気的・機械的に接続される。
【００３３】
（工程Ｂ）
次に、開口部が形成されてなる第1の蓋体を容器体に設けた導体パターン上に載置し、接合する。
まず、第１の蓋体３は、セラミック材料により形成することで、周波数調整時のイオンビームの照射によっても、蓋体の材質が飛散することがなく安定した発振特性を得ることが可能となる。
このような第１の蓋体３を、水晶振動素子２が配されるようにして容器体１の上に載置させ、レーザ等の加熱手段により、前記封止材９を高温で加熱・溶融させることによって、接合される。
【００３４】
（工程Ｃ）
前記第１の蓋体に設けた開口部から、前記圧電振動素子の周波数の微調整をする。
前記水晶振動素子の発振周波数の微調整方法としては、従来周知のイオンビーム等により、水晶振動素子の励振電極を除去する方法が挙げられる。
これは、イオンガン内部にＡｒガスを導入し、熱陰極を通電加熱し、熱陰極と陽極の間の直流放電によってＡｒプラズマを生成し、高圧電源によってグリッドに高電圧を印可する事によって、Ａｒの正イオンを引き出し、イオンビームを形成して、水晶振動素子の励振電極に照射し、前記励振電極の質量を減じる事によって水晶振動子の周波数を変化させる。
【００３５】
（工程Ｄ）
最後に、前記第１の蓋体に設けた開口部に対して第２の蓋体により接合し、気密封止する。
第２の蓋体は、例えば、４２アロイやコバール，リン青銅等の金属から成る、厚み６０μｍ〜１００μｍの金属板を従来周知の板金加工にて所定形状に加工することによって製作される。
尚、上述した一連の接合工程は、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中若しくは、真空雰囲気中で行うのが好ましく、水晶振動素子２が酸素や大気中の水分等によって腐食・劣化するのを有効に防止することができる。
【００３６】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【００３７】
上述した実施形態においては、圧電振動素子の材料として水晶を用いたものを例示したが、圧電効果を奏するものであれば、水晶の他に、タンタル酸リチウム、ニオウブ酸リチウムや圧電セラミックを使用しても構わない。
【００３８】
また、上述した実施形態においては、圧電振動素子として水晶振動素子を用いた水晶振動子を例にとって説明したが、これに代えて、圧電振動素子として弾性表面波（ＳＡＷ）フィルタ等の他の圧電振動素子を用いる場合にも本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態に係る表主面側からみた水晶振動子（圧電デバイス）の分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る水晶振動子（圧電デバイス）の外観斜視図である。
【図３】図１の本発明の水晶振動子（圧電デバイス）の断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る表主面側からみた水晶振動子（圧電デバイス）の分解斜視図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る水晶振動子（圧電デバイス）の断面図である。
【図６】従来の水晶振動子（圧電デバイス）の断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１・・・容器体
２・・・水晶振動素子（圧電振動素子）
３・・・第１の蓋体
４・・・第２の蓋体
５・・・搭載パッド
６・・・導体パターン
７・・・外部端子電極
８・・・導電性接着材
９・・・封止材
１０・・・開口部
１１・・・段差部
【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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