(57)【要約】【課題】レーザー光照射による蓋体とベース基板の接合強度を向上させて、かつ、圧電素子の収容空間内の気密性を高めた電子デバイスを提供することを目的としている。【解決手段】電子部品と、前記電子部品を搭載するベース基板３０と、凹部４１と、前記凹部４１の周囲にフランジ４２を有し、前記凹部４１が前記ベース基板３０と共に前記電子部品を収容する内部空間を構成している金属金属蓋体４０と、を備え、前記凹部４１の一部である側壁４５と前記ベース基板３０とが構成する内部空間側の角度が鋭角であることを特徴とする電子デバイス。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品と、
前記電子部品を搭載するベース基板と、
凹部と、前記凹部の周囲にフランジを有し、前記凹部が前記電子部品を収容する内部空間を前記ベース基板と共に構成している金属蓋体と、を備え、
前記凹部の一部である側壁と前記ベース基板とが構成する内部空間側の角度が鋭角であることを特徴とする電子デバイス。
【請求項２】
前記凹部が曲面を有していることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記内部空間側で前記側壁と前記ベース基板とが構成する隅部に、前記フランジと前記ベース基板との間にある接合材と一体であるフィレットを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子デバイス。
【請求項４】
前記電子部品が圧電素子であり、前記内部空間が気密であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電子デバイス。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の電子デバイスを備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項６】
電子部品が搭載されているベース基板と、凹部、前記凹部に接合材、および前記凹部の周囲にフランジを有している金属蓋体とを準備する工程と、
前記電子部品を前記凹部が覆うように前記金属蓋体を配置する工程と、
前記凹部にレーザー光を照射する工程と、
を含むことを特徴とする電子デバイスの接合方法。
【請求項７】
前記レーザー光を照射する工程は、前記凹部の表面と交差するように前記レーザー光を照射することを特徴とする請求項６に記載の電子デバイスの接合方法。
【請求項８】
前記レーザー光のレーザー照射部は、光路を調整するガルバノミラーを備えていることを特徴とする請求項６又は７に記載の電子デバイスの接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に内側に電子部品の収容空間を有するキャップ型の蓋体を備えた電子デバイス、電子機器、電子デバイスの接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品となる圧電素子の安定した発振性能を実現させるために、圧電素子を気密状態で収容したベース基板と蓋体からなるパッケージが広く利用されている。このパッケージは、近年の電子デバイスの小型化の要請から更なる小型化が望まれている。パッケージを構成するベース基板と蓋体の接合は、一般に接合材を加熱溶融させる手法が適用されている。このようなパッケージの構成として、例えば特許文献１，２を挙げることができる。
【０００３】
特許文献１に開示の電子部品収納用パッケージは、電子部品が収容される凹部を備えた絶縁基体と、絶縁基体に形成されたメタライズ層と、メタライズ層に接合された金属枠体とを備えている。そして、メタライズ層は、凹部の周囲に形成された第１の領域と、第１の領域から絶縁基体の外縁に向かって突出した第２の領域と、から構成されている。このような第２の領域の構成により、メタライズ層と絶縁基体との接合面積を増大させることができるとともに、メタライズ層の絶縁基体に対する接合強度を向上させることができる。
【０００４】
特許文献２に開示の電子部品用パッケージは、電子部品を収容する凹状の開口部が形成された基体の開口周縁部に、階段状に複数段のメタライズ層を形成している。そして、メタライズ層に金属メッキを施してメタライズメッキ層を形成すると、開口周縁部に凸状の金属被膜が形成される。ついで、基体の開口に蓋体を配置接触させた後、レーザー光を照射して蓋体のコバールとメタライズメッキ層を溶着して封止している。これによりパッケージ内の電子部品の温度を上昇させることなく、メタライズメッキ層がサーマルショックの緩衝材として作用し、クラックの発生を防止して気密封止性の高いパッケージを提供することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−６６６４８号公報
【特許文献２】特開２００２−２４６４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１によれば、平面視で蓋体からはみ出しているメタライズ層の第２の領域によって、電子部品を収容するパッケージの構成が大型化してしまい、電子デバイスの小型化の要請に反して、圧電素子を収容するパッケージの小型化が図れないという問題があった。
【０００７】
また、特許文献２に開示の電子部品用パッケージは、開口周縁部の金属被膜が凸状に形成されているため、レーザー照射によって加熱溶融した接合材が下方へ流れ落ちる可能性があり、蓋体と基体の接合強度が低下してしまうという問題があった。また、金属被膜が凸状のため、平板状の蓋体との隙間を埋めるために、多量の接合材が必要となるという問題があった。
【０００８】
そこで、上記従来技術の問題点を解決するため、本発明は、レーザー光の照射による蓋体とベース基板の接合強度を向上させて、かつ、圧電素子の収容空間内の気密性を高めた電子デバイス、電子機器、電子デバイスの接合方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］電子部品と、前記電子部品を搭載するベース基板と、凹部と、前記凹部の周囲にフランジを有し、前記凹部が前記電子部品を収容する内部空間を前記ベース基板と共に構成している金属蓋体と、を備え、前記凹部の一部である側壁と前記ベース基板とが構成する内部空間側の角度が鋭角であることを特徴とする電子デバイス。
【００１０】
これにより、下方のベース基板に向けて、蓋体の内部空間側の側壁面に垂直上方からレーザー光を容易に照射することができ、側壁の斜面に沿って下方のベース基板上に流れ出し易くなり、側壁とベース基板を強固に接合することができる。従って、蓋体とベース基板の接合強度を向上させることができる。
【００１１】
［適用例２］前記凹部が曲面を有していることを特徴とする適用例１に記載の電子デバイス。
これにより、蓋体の内部空間側の側壁面に形成された接合層にレーザー光を照射して加熱溶融すると、側壁の斜面に沿って下方のベース基板上に流れ出し易くなり、側壁とベース基板を強固に接合することができる。
【００１２】
［適用例３］前記内部空間側で前記側壁と前記ベース基板とが構成する隅部に、前記フランジと前記ベース基板との間にある接合材と一体であるフィレットを備えていることを特徴とする適用例１又は２に記載の電子デバイス。
【００１３】
これにより、蓋体の内部空間側の側壁面に形成された接合層にレーザー光を照射して加熱溶融し、側壁とベース基板に跨る接合層のフィレットを形成することができる。このフィレットは、フランジとベース基板の間に形成された接合層と一体的に形成されている。従って、蓋体とベース基板の接合強度を向上させることができる。また、接合強度が高まることによって圧電素子の収容空間内の気密性も高めることができる。
【００１４】
［適用例４］前記電子部品が圧電素子であり、前記内部空間が気密であることを特徴とする適用例１乃至３の何れか１例に記載の電子デバイス。
これにより、圧電素子の発振周波数の安定した電子デバイスが得られる。
【００１５】
［適用例５］適用例１乃至４の何れか１項に記載の電子デバイスを備えたことを特徴とする電子機器。
これにより、レーザー光の照射によるキャップ型の蓋体とベース基板の接合強度を向上させて、かつ、圧電素子の収容空間内の気密性を高めた電子デバイスを備えた電子機器が得られる。
【００１６】
［適用例６］電子部品が搭載されているベース基板と、凹部、前記凹部に接合材、および前記凹部の周囲にフランジを有している金属蓋体とを準備する工程と、前記電子部品を前記凹部が覆うように前記金属蓋体を配置する工程と、前記凹部にレーザー光を照射する工程と、を含むことを特徴とする電子デバイスの接合方法。
【００１７】
これにより、下方のベース基板に向けて、蓋体の内部空間側の側壁面に垂直上方からレーザー光を容易に照射することができ、側壁の斜面に沿って下方のベース基板上に流れ出し易くなり、側壁とベース基板を強固に接合することができる。従って、蓋体とベース基板の接合強度を向上させることができる。
【００１８】
［適用例７］前記レーザー光を照射する工程は、前記凹部の表面と交差するように前記レーザー光を照射することを特徴とする適用例６に記載の電子デバイスの接合方法。
【００１９】
これにより、蓋体の内部空間側の側壁面に形成された接合層にレーザー光を照射して加熱溶融すると、側壁の斜面に沿って下方のベース基板上に流れ出し易くなり、側壁とベース基板に跨る接合層のフィレットを容易に形成することができる。
【００２０】
［適用例８］前記レーザー光のレーザー照射部は、光路を調整するガルバノミラーを備えていることを特徴とする適用例６又は７に記載の電子デバイスの接合方法。
【００２１】
これにより、蓋体の側壁の側壁角度に応じて、側壁にレーザー光が交差するように容易に調整することができる。従って、レーザー光の照射によるキャップ型の蓋体とベース基板の接合強度を向上させて、かつ、圧電素子の収容空間内の気密性を高めた電子デバイスが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の電子デバイスの接合方法の説明図である。
【図２】蓋体のフランジとベース基板の接合部を拡大した側面図である。
【図３】電子デバイスの分解斜視図である。
【図４】本発明の電子デバイスの接合方法の変形例１の説明図である。
【図５】本発明の電子デバイスの接合方法の変形例２の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の電子デバイス、電子機器、電子デバイスの接合方法の実施形態について添付の図面を参照しながら、以下詳細に説明する。図１は本発明の電子デバイスの接合方法の説明図である。図２は蓋体のフランジとベース基板の接合部を拡大した側面図である。図３は電子デバイスの分解斜視図である。
【００２４】
電子デバイス１０は、電子部品となる圧電素子２０と、前記圧電素子２０を搭載するベース基板３０と、前記圧電素子２０を覆う凹部４１と、前記凹部４１の周囲を囲うフランジ４２を備え、前記フランジ４２が前記ベース基板３０と接合するキャップ型の金属蓋体４０と、を主な基本構成としている。
なお、本実施形態中のパッケージとは、ベース基板３０と、このベース基板３０に金属蓋体４０を固定した構成をさすものとする。
【００２５】
圧電素子２０は、圧電素子２０の振動部が電極の重さによって発振周波数が変化する圧電振動子であればよく、本実施形態では厚みすべりモード（ＡＴカット、ＳＣカット）振動子や屈曲モード（Ｚカット）振動子などが使用可能である。振動部に厚みすべりモードを主振動とするＡＴカット水晶振動子を採用すれば、周波数温度特性が３次曲線となり、上に凸の２次曲線となる音叉型振動子に比べて、周波数温度特性に優れた電子デバイスを実現することができる。圧電素子２０は、材質に、水晶、ＢａＴｉＯ３、ＺｎＯなどを用いることができる。また圧電素子２０の主面には励振電極２２などの電極パターンが形成されている。
【００２６】
ベース基板３０は、圧電素子２０を搭載する平板状の基板である。ベース基板３０は、圧電素子２０の実装面に内部電極３２が形成されている。内部電極３２は、エポキシ系、シリコン系、ポリイミド系などの導電性接着材３３を介して圧電素子２０の配線パターンと電気的に接続している。この他、圧電素子の搭載には導電性接着材３３に代えて、はんだ、バンプなどを適用することもできる。また内部電極３２は、貫通電極３４を介して、ベース基板３０の底面の外部電極３５と電気的に接続させている。これにより外部から印加される駆動電圧によって、圧電素子２０を所定の周波数で振動できるようになっている。ベース基板３０は、材質に、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等の酸化物セラミックス、窒化珪素、窒化アルミ、窒化チタン等の窒化物セラミックス、等の各種セラミックス材料を適用することができる。これにより優れた機械的強度を備えたパッケージを得ることができる。また基板上に設けた電極に対して容易に絶縁することができる。ベース基板３０の材質にセラミックス材料を用いた場合、絶縁性や気密性、及び耐久性に優れているが、封止材として用いられる金属材料に対する濡れ性が低い。このため、ベース基板３０には、金属蓋体４０との接合箇所にメタライズ配線３６が形成されている。本実施形態のメタライズ配線３６は、材質に、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）など用いて、ベース基板３０上に搭載した圧電素子２０の周囲を囲む周状に形成している。これにより、ベース基板３０と金属蓋体４０の接合部の濡れ性を向上させることができ、ベース基板３０に金属蓋体４０を密着させることにより、パッケージの気密信頼性の向上を図ることができる。なお、内部電極３２、外部電極３５、メタライズ配線３６は、スクリーン印刷などにより一括して形成することができる。
【００２７】
金属蓋体４０は、ステンレス（ＳＵＳ）、コバール等の金属板を用いて、プレス加工によってキャップ型に形成することができる。金属蓋体４０の表面には、ニッケル、金などの金属被膜がメッキなどにより形成されている。金属蓋体４０は、圧電素子２０を覆う凹部４１の外周にフランジ（つば部）４２を備えたキャップ型（帽子状）に形成され、このフランジ４２を介してベース基板３０に接合される。凹部４１は側壁４５と天井面４３から構成されている。また、図１に示す金属蓋体４０は、天井面４３とフランジ４２が平行に形成され、側壁４５の内部空間側の側壁角度がフランジ４２に対して、鋭角（＜９０度）となるように形成されている。換言すれば、金属蓋体４０は、ベース基板３０と接合してベース基板３０を水平に配置したとき、側壁４５の内部空間側の側壁角度がベース基板３０に対して鋭角（＜９０度）となるように形成されている。このような構成の金属蓋体４０は、ベース基板３０の接合箇所にフランジ４２を接合させると、ベース基板３０に対して下向きに凹状となる圧電素子２０を覆う収容空間が形成される。
【００２８】
接合層５０は、材質に銀ロウ、銅ロウ、金錫などのロウ材を用いている。本実施形態の接合層５０は、圧電素子２０の収容空間を形成するキャップ型の金属蓋体４０の内側及びフランジ４２の全面に形成されている。これにより、接合層５０を金属蓋体４０に容易に形成することができる。
【００２９】
接合層５０の加熱溶融手段として、本実施形態では、レーザー照射部６０を用いている。レーザー照射部６０は、電子デバイス１０に応じて、レーザー光のスポット径、強度を任意に調整することができる。またレーザー照射部６０は、レーザー光の光路を任意の方向に調整可能なガルバノミラー６２を備えている。これにより、金属蓋体４０の側壁４５の角度に応じて、レーザー光の照射軸を任意の照射角度に容易に調整することができる。
【００３０】
次ぎに、上記構成による本発明の電子デバイスの接合方法について以下説明する。図１に示すように、圧電素子２０が搭載されたベース基板３０の接合箇所となるメタライズ配線３６上に金属蓋体４０のフランジ４２を接触させる。ベース基板３０上に配置された金属蓋体４０の側壁４５の内部空間側の側壁角度は、ベース基板３０に対して鋭角（＜９０度）に配置される。そして、レーザー照射部６０から照射されるレーザー光の照射軸が、ベース基板３０に対して垂直（照射角度が９０度）となるようにして、照射中心が側壁４５に当たるように配置する。次にレーザー照射部６０から側壁４５に向けてレーザー光が側壁面と交差するように照射する。金属蓋体４０の側壁４５は、レーザー光により所定温度で加熱される。そして、側壁４５の内部空間側に形成された接合層５０が加熱溶融されて、側壁４５の斜面に沿って、下方のフランジ４２と接触するベース基板３０上へと流れ落ちる。次にレーザー照射部６０から照射されるレーザー光を側壁４５からフランジ４２へと移動させて（図２（Ａ）中の矢印ａ）、メタライズ配線３６とフランジ４２の間の接合層５０を加熱溶融させる。これにより、図２（Ｂ）に示すように、側壁４５に沿って下方へと流れ落ちた接合層５０は、側壁４５とベース基板３０上のメタライズ配線３６の間で跨るように接合層のフィレット５２が形成される。また、フランジ４２とベース基板３０のメタライズ配線３６の間の接合層５０は加熱溶融され、フィレット５２と一体的に形成される。
【００３１】
なお、レーザー照射部６０によるレーザー光の照射は、最初フランジ４２へレーザー光を照射して接合層５０を加熱溶融した後、次いで照射スポットを金属蓋体４０の側壁４５へと移動し、側壁面を照射するようにしても良い。また、レーザー照射部６０のレーザー光のスポット径をあらかじめ金属蓋体４０の側壁４５とフランジ４２に跨るように設定して、側壁４５及びフランジ４２に対して同時にレーザー光を照射する構成としても良い。
【００３２】
このような本発明の電子デバイスの接合方法によれば、蓋体の内部空間側の側壁面に形成された接合層にレーザー光を照射して加熱溶融し、側壁とベース基板の隅部に、換言すると側壁とベース基板に跨る接合層のフィレットを形成することができる。このフィレットは、フランジとベース基板の間に形成された接合層と一体的に形成されている。これにより、パッケージの平面視で、フランジの内側（内部空間側）にも接合層が内部空間側にはみ出すように形成されて、フランジとベース基板の間で形成された接合層と合わせて占有面積を拡大することができる。従って、蓋体とベース基板の接合強度を向上させることができる。また、接合強度が高まることによって圧電素子の収容空間内の気密性も高めることができる。
【００３３】
また、キャップ型の蓋体は、側壁の内部空間側の側壁角度を鋭角に形成している。このため、側壁に形成された接合材が溶融すると側壁の斜面に沿って下方のベース基板上へと流れ易くなり、フィレットを容易に形成することができる。また、ベース基板に対して垂直線上に配置されたレーザー照射部から蓋体の側壁にレーザー光を容易に照射することができる。
【００３４】
図４は本発明の電子デバイスの接合方法の変形例１の説明図である。変形例１の電子デバイス１０Ａは、金属蓋体４０Ａの側壁４５Ａの壁面がフランジ４２に対して垂直となるように形成している。その他の構成は図１に示す電子デバイス１０と同一の構成であり、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３５】
このような構成の電子デバイス１０Ａの接合方法は、圧電素子２０が搭載されたベース基板３０の接合箇所となるメタライズ配線３６上に金属蓋体４０Ａのフランジ４２を接触させる。ベース基板３０上に配置された金属蓋体４０Ａの側壁４５Ａは、ベース基板３０に対して、内部空間側の側壁角度が垂直に配置される。そして、レーザー照射部６０から照射されるレーザー光の照射軸が、側壁４５Ａと交差するようにして、照射中心が側壁４５Ａに当たるように配置する。
【００３６】
次にレーザー照射部６０から側壁４５Ａに向けてレーザー光が側壁面と交差するように照射する。金属蓋体４０の側壁４５Ａは、レーザー光により所定温度で加熱される。そして、側壁４５Ａの内部空間側に形成された接合層５０が加熱溶融されて、側壁４５Ａの側壁面に沿って、下方のフランジ４２と接触するベース基板３０上へと流れ落ちる。次にレーザー照射部６０から照射されるレーザー光を側壁４５Ａからフランジ４２へと移動させて、メタライズ配線３６とフランジ４２の間の接合層５０を加熱溶融させる。これにより、側壁４５Ａに沿って下方へと流れ落ちた接合層５０は、側壁４５Ａとベース基板３０上のメタライズ配線３６の間で跨るように接合層のフィレット５２が形成される。また、フランジ４２とベース基板３０のメタライズ配線３６の間の接合材は加熱溶融され、フィレット５２と一体的に形成される。
【００３７】
このような変形例１の電子デバイスの接合方法によれば、蓋体の内部空間側の側壁面に形成された接合材にレーザー光を照射して加熱溶融し、側壁とベース基板の隅部に、換言すると側壁とベース基板に跨る接合層のフィレットを形成することができる。このフィレットは、フランジとベース基板の間に形成された接合材と一体的に形成されて接合層を構成する。これにより、パッケージの平面視で、フランジの内側（内部空間側）にも接合層が内部空間側にはみ出すように形成されて、フランジとベース基板の間で形成された接合層と合わせて占有面積を拡大することができる。従って、蓋体とベース基板の接合強度を向上させることができる。また、接合強度が高まることによって圧電素子の収容空間内の気密性も高めることができる。
【００３８】
図５は本発明の電子デバイスの接合方法の変形例２の説明図である。変形例２の電子デバイス１０Ｂは、金属蓋体４０Ｂの凹部４１Ｂを構成する側壁及び天井面が曲面を有するように、湾曲状（ドーム型）に一体形成されている。その他の構成は図１に示す電子デバイス１０と同一の構成であり、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３９】
このような構成の電子デバイス１０Ｂの接合方法は、図１に示す電子デバイス１０の接合方法と同様に、ベース基板３０に対して垂直線上に配置されたレーザー照射部６０からレーザー光を照射することができる。
【００４０】
このような変形例２の電子デバイスの接合方法によれば、蓋体の内部空間側の側壁面に形成された接合材にレーザー光を照射して加熱溶融し、側壁とベース基板の隅部に、換言すると側壁とベース基板に跨る接合層のフィレットを形成することができる。このフィレットは、フランジとベース基板の間に形成された接合材と一体的に形成されて接合層を構成する。これにより、パッケージの平面視で、フランジの内側（内部空間側）にも接合層が内部空間側にはみ出すように形成されて、フランジとベース基板の間で形成された接合層と合わせて占有面積を拡大することができる。従って、蓋体とベース基板の接合強度を向上させることができる。また、接合強度が高まることによって圧電素子の収容空間内の気密性も高めることができる。
【００４１】
上記電子デバイスの接合方法で接合された電子デバイスを用いてパッケージ容器の気密封止工程を経れば力検出センサーなどの電子デバイスを製造することができる。
【００４２】
また、上記の電子デバイスの接合方法で接合された電子デバイスを用いて、パーソナルコンピュータ、携帯電話機、デジタルスチルカメラ、カーナビゲーション装置、ゲームコントローラー、時計などの電子機器を製造することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０，１０Ａ，１０Ｂ………電子デバイス、２０………圧電素子、２２………励振電極、３０，３０Ａ………ベース基板、３２………内部電極、３３………導電性接着材、３４………貫通電極、３５………外部電極、３６………メタライズ配線、４０，４０Ａ，４０Ｂ………金属蓋体、４１，４１Ｂ………凹部、４２………フランジ、４３………天井面、４５，４５Ａ………側壁、５０………接合層、５２………フィレット、６０，６０Ａ………レーザー照射部、６２………ガルバノミラー。
【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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